ES2317799A1 - Sistema de propulsion con helice y tobera fija respecto a la helice. - Google Patents
Sistema de propulsion con helice y tobera fija respecto a la helice. Download PDFInfo
- Publication number
- ES2317799A1 ES2317799A1 ES200802300A ES200802300A ES2317799A1 ES 2317799 A1 ES2317799 A1 ES 2317799A1 ES 200802300 A ES200802300 A ES 200802300A ES 200802300 A ES200802300 A ES 200802300A ES 2317799 A1 ES2317799 A1 ES 2317799A1
- Authority
- ES
- Spain
- Prior art keywords
- propeller
- nozzle
- axis
- anterior
- angular
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 241000520223 Helice Species 0.000 title 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 40
- 230000004323 axial length Effects 0.000 claims description 17
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims description 17
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 7
- 230000001141 propulsive effect Effects 0.000 description 7
- 230000006870 function Effects 0.000 description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- 241000209094 Oryza Species 0.000 description 3
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 description 3
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 3
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 3
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 3
- 239000003380 propellant Substances 0.000 description 3
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 description 3
- 238000010408 sweeping Methods 0.000 description 3
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 2
- 239000003643 water by type Substances 0.000 description 2
- 230000001154 acute effect Effects 0.000 description 1
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 230000002706 hydrostatic effect Effects 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 1
- 229960001868 propulsives Drugs 0.000 description 1
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000009987 spinning Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
- B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
- B63H5/00—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water
- B63H5/07—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water of propellers
- B63H5/14—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water of propellers characterised by being mounted in non-rotating ducts or rings, e.g. adjustable for steering purpose
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Ocean & Marine Engineering (AREA)
- Nozzles (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
Sistema de propulsión con hélice y tobera fija respecto a la hélice. Soluciona obtener mayor rendimiento en naves acuáticas con velocidad de crucero 10-18 nudos y poder usar toberas en naves acuáticas con velocidad de crucero superior a 18 nudos, gracias a: Sistema de hélice y tobera fija respecto a la hélice, dicha tobera con parte anterior (1) convergente con cobertura angular 170° - 270°, parte central (2) alrededor de hélice y parte posterior (3) con coberturas ambas de 360°; paredes interiores de parte central cilíndricas; distancia mínima (E) de puntas de pala al borde anterior de la parte central 0.04DP -Diámetro del Propulsor- y máxima 0.05DP; y extremos angulares de la parte anterior de forma que las paredes interiores exceden en cobertura angular, hacia abajo, a las paredes exteriores, unidas por medio de un bisel en cada extremo. El sistema de propulsión forma parte de una nave acuática.
Description
Sistema de propulsión con hélice y tobera fija
respecto a la hélice.
La invención se refiere a un sistema de
propulsión con hélice y tobera fija respecto a la hélice, para
naves acuáticas con velocidad de crucero entre 10 y 18 nudos y para
usar dicho sistema en naves acuáticas con velocidad de crucero
superior a 18 nudos.
Aclaración de conceptos previos que se usan:
Se denomina hélice abierta la que no dispone de
tobera.
Relación P/D, paso de la hélice dividido por el
diámetro de la hélice.
En la relación de áreas Ae/Ao, Ae se refiere a
la superficie total de las palas y Ao se refiere al área del disco
de barrido.
El coeficiente de avance J es igual a la
velocidad de avance del propulsor Va dividida por el producto de
las revoluciones por segundo n y el diámetro del propulsor D; J =
Va/nD. El propulsor puede ser una hélice abierta, o bien, un sistema
de propulsión constituido por una hélice y una tobera en cuyo caso
la velocidad de referencia Va en esta memoria es la velocidad de
avance de la hélice respecto al agua al final de la parte anterior
convergente de la tobera.
El paso geométrico Pg es la distancia teórica
que avanza la hélice en una revolución, sin considerar el
resbalamiento.
El ángulo de pala en cada sección coaxial al eje
de giro, es el ángulo que forma la pala en dicha sección con un
plano perpendicular al eje de giro; cuanto mayor es la distancia
radial menor es dicho ángulo en una misma pala para mantener el
paso, debido al incremento de velocidad tangencial.
El ángulo de ataque en cualquier sección coaxial
de una pala es el ángulo que forma la pala con el vector de la suma
vectorial de la velocidad de avance de la hélice y su velocidad
tangencial de giro en dicha sección; con lo cual cuando J vale cero
el ángulo de pala y el ángulo de ataque tienen el mismo valor, a
medida que se incrementa el valor de J, es decir, a medida que se
incrementa la velocidad de avance de la hélice, disminuye el ángulo
de ataque para la misma sección coaxial cuyo ángulo de pala es
fijo; para P/D igual a la unidad, cuando J es igual a la unidad el
valor del ángulo de ataque es casi cero, en términos reales.
Para referirse a las distintas secciones
coaxiales al eje de las palas de la hélice, se toma como referencia
el radio R, así la sección coaxial 0.20R se refiere a la sección
coaxial de la pala a la distancia de 0.20R del eje de giro, la
sección coaxial 0.75R a la sección coaxial de la pala a la
distancia 0.75R del eje y la sección coaxial 1.00R se refiere a la
punta de pala, a la superficie coaxial más alejada de cada pala.
El paso teórico de la hélice lo determina el
ángulo de pala, tomándose como referencia el de la sección
0.75R.
Codaste: continuación de la quilla de la nave
acuática por popa, tanto en naves flotantes como en naves
submarinas.
"Pod": sistema de propulsión azimutal, por
medio de un soporte que sale del casco de la nave hacia abajo
(vertical), que puede girar sobre su propio eje 360º, con lo cual no
hace falta timón, soporta un motor eléctrico sumergido dentro de
una carena, que acciona una hélice acoplada a su árbol motor; el
árbol de la hélice es perpendicular al soporte azimutal citado; a
veces el motor está dentro de la nave y la transmisión de potencia
es a través de un árbol motor que va por dentro del soporte azimutal
vertical con engranajes cónicos en la parte inferior que accionan
otro árbol motor horizontal que acciona la hélice.
Se utilizan algunos coeficientes, con el añadido
DP, que significa diámetro del propulsor refiriéndose la palabra
propulsor exclusivamente a la hélice, para indicar algunas
distancias en función del diámetro de la hélice. Al multiplicar el
coeficiente por el diámetro real de la hélice nos da la distancia
real.
Autopropulsión, hace referencia a cuando el
sistema propulsor hélice-tobera o la hélice abierta
empuja a la nave, o bien, concretando a un buque.
Propulsor aislado, hace referencia a cuando se
ensaya el sistema hélice-tobera o la hélice abierta
sin empujar a la nave o al buque; el ensayo se hace en un canal de
aguas tranquilas con un número fijo de revoluciones por segundo para
la hélice con un motor eléctrico, el propulsor se desplaza en el
interior del agua unido a un carro exterior autopropulsor, desde
cero metros por segundo con lo cual J vale cero, el ángulo de
ataque tiene el mismo valor que el ángulo de pala y el empuje tanto
de la hélice como de la tobera son máximos; hasta una velocidad en
que la hélice deja de producir empuje donde el ángulo de ataque
está próximo a cero; para una relación P/D igual a la unidad con
hélice abierta, desde cero metros por segundo con 0.00J hasta que J
alcanza un valor próximo a la unidad en que la hélice deja de
producir empuje; para la misma relación P/D igual a la unidad con
hélice-tobera convencional (la que se usa desde
1930) la hélice deja de producir empuje sobre 0.8J; se mide tanto
el empuje de la hélice como el de la tobera, en cada caso, para los
distintos valores de J y también el par motor que absorbe la hélice
para cada valor de J.
Debido a la erosión que se producía en las palas
de las hélices en el Canal de Suez, las autoridades alemanas en la
década de 1920, inducen a instalar toberas alrededor de las
hélices. Se observó que aparte de protegerla, aumentaba el
rendimiento, esto llamó la atención de Ludwig Kort, quien en la
década de 1930 solicitó y obtuvo varias patentes, destacando como
más ilustrativa la US2139594; con el llamado perfil "19A", se
mejora el rendimiento hasta los 14 nudos aproximadamente
(dependiendo de la relación P/D de la hélice) y a partir de esta
velocidad el rendimiento es negativo respecto a la hélice abierta.
Tanto el diseño general de las toberas con las paredes interiores
de la parte anterior aguas arriba de la hélice convergentes hacia el
eje de giro de la hélice, como el perfil "19A" se han
mantenido sin cambios hasta la actualidad del siglo XXI que se
siguen fabricando y utilizando. En la década de 1990 se ha
desarrollado el perfil "Rice", cuyo coeficiente de resistencia
hidrodinámica CD es menor, 0.01 CD frente al 0.17CD del perfil
"19A", permitiendo usar la tobera con el mismo diseño hasta
velocidades de 16 nudos aproximadamente con incremento de
rendimiento respecto a la hélice abierta para el mismo buque.
También se ha desarrollado el perfil "HR" en la década de
1990, con un coeficiente de resistencia similar al "Rice" y
que según el fabricante permite usar la tobera hasta los 18
nudos.
Tanto la tobera de Kort inicial, como la tobera
de Kort con los perfiles "19A", "Rice" y "HR", tiene
una extensión angular de 360º, es decir, es totalmente cerrada y su
extensión axial es la misma en toda la periferia; en adelante en
esta memoria, el término "tobera convencional" se refiere
exclusivamente a este tipo de tobera.
La tobera produce un empuje adicional al que
produce la hélice, siendo mayor, respecto al que produce la hélice,
cuanto menor es la velocidad de desplazamiento del buque.
El empuje de la tobera se produce porque al ser
convergentes las paredes interiores delante de la hélice, con mayor
radio en la entrada de la tobera aguas arriba y menor radio en la
proximidad de las palas de la hélice, la succión de la hélice crea
depresión en dichas paredes orientadas hacia el buque, por otra
parte en las paredes exteriores de la tobera completa que también
son convergentes en el mismo sentido, se ejerce la presión
hidrostática correspondiente más la presión atmosférica, y es esta
diferencia de presiones entre las paredes externas e internas de la
parte anterior de la tobera la que crea una componente paralela al
eje de la hélice, que empuja al buque. También produce empuje la
parte posterior divergente de la tobera, aunque muy pequeño
comparado con el anterior, sobre el 5% del anterior, al ser algo
divergentes las paredes interiores disminuyen la velocidad del agua
impulsada por la hélice y aumenta la presión estática, creándose
otra componente axial que empuja al buque, pero como se sabe las
pérdidas en toberas divergentes es alto. Las toberas que se usan
desde 1930 y se siguen usando con la misma configuración general
(tobera convencional) tienen una extensión angular de 360º
alrededor de la hélice, por delante de ella y por detrás, por lo
que la tobera es totalmente cerrada por la parte anterior, central
y posterior; estas tres partes de la tobera respecto a la posición
que ocupa la hélice, son necesarias si se pretende un área normal
(perpendicular al eje de la hélice) importante, de la tobera en la
zona que excede a la hélice radialmente (para que el empuje axial
de la tobera sea importante) y también para que la convergencia de
las paredes exteriores no sea muy pronunciada y así obtener
coeficientes de resistencia hidrodinámica bajos para el perfil.
Debido a la convergencia de la paredes
interiores de la parte anterior, cuanto más aumenta la velocidad
del buque, en la misma proporción se incrementa la velocidad en el
interior de la tobera, que es de un 40% con el perfil "19A" y
similar con los otros perfiles usados por tener un índice de
convergencia similar, debido a la relación entre el área de entrada
en la tobera y área del disco de barrido de la hélice, esto provoca
que a cierta velocidad límite del buque, para una determinada
relación P/D, al llegar el agua a la hélice con un 40% más de
velocidad y mantener el número de revoluciones por segundo de la
hélice dentro de un rango óptimo para el motor, disminuye mucho el
ángulo de ataque de las palas, y el buque no puede incrementar su
velocidad al carecer de empuje suficiente, aunque utilice la
potencia máxima del motor.
En la configuración de la tobera que se usa
desde 1930, el agua que entra en la tobera tiene deflexión en las
paredes internas, siempre con otra deflexión contraria en la pared
diametralmente opuesta, por lo cual se obliga a incrementar la
velocidad del agua (tobera cerrada convergente).
En estas toberas con extensión angular de 360º,
las fluctuaciones de presión originadas por el paso periódico de
las puntas de pala sobre los distintos sectores de la tobera no
origina vibraciones importantes, aunque la distancia sea muy
pequeña, debido a la continuidad física angular de todas las
paredes internas de la tobera a la misma distancia radial del eje
de la hélice y porque al ser prácticamente un anillo la resistencia
estructural es máxima y además con una distribución angularmente
regular de palas que compensan los efectos de las fluctuaciones de
presión en cualquier sector.
Debido a la zona del buque donde trabaja la
hélice, detrás de la carena (parte sumergida del casco), las
velocidades de afluencia del agua al disco de barrido de la hélice
varía bastante sobre todo de la parte inferior a la parte superior
donde la velocidad de llegada del agua es inferior; en este sentido
se han hecho numerosas propuestas en la literatura de patentes con
objeto de homogeneizar la velocidad del agua en las distintas
zonas, con dispositivos que aceleran el agua en aquellas zonas en
que sin ningún dispositivo llega a menor velocidad debido a la
influencia del casco. En este sentido hay que señalar numerosas
propuestas de conductos con distintas formas y aletas delante de la
hélice, sin elementos que la cubran ni radialmente ni aguas abajo
de ella.
Otras variantes se describen e ilustran en los
siguientes documentos de patentes: EP0540868A1 que es similar a
media tobera de Kort cortada por un plano horizontal, con los
extremos angulares abiertos y con menor longitud axial que el resto
de la tobera; también presenta unas placas o aletas en la parte
anterior (Figuras 1 y 2). De acuerdo con memoria y dibujos la
tobera presenta otras características delante de las puntas de
pala.
JP54115894 con fecha de publicación
1979-09-08, que presenta dos
perfiles alternativos (Figuras 5 y 6) con las paredes interiores
cilíndricas en toda la tobera y por tanto no son convergentes
prácticamente en ningún tramo.
GB1310803 con perfiles en sectores opuestos,
todos con paredes interiores convergentes en una longitud axial
relevante; la figura 4 es una representación parcial longitudinal
de la figura 3 que es una representación transversal; tanto en la
página 1 de la memoria renglones 46 a 52 como en la primera
reivindicación página 2 renglones 65 a 70, se indica que la parte
anterior de la tobera comprende por lo menos dos sectores con
sección transversal uniforme en un plano que corta el eje de la
tobera (y por lo tanto perpendicular a dicho eje), la sección
transversal de un sector difiere de la sección transversal del otro
o por lo menos uno de los distintos sectores; por lo tanto la
diferencia la establece para secciones transversales, no para
secciones longitudinales en planos que contengan el eje de la
tobera y por lo tanto no se refiere a la longitud axial de los
distintos sectores; de acuerdo con los dibujos, en las figuras 1 y
2 la longitud axial del sector superior 1 y del inferior 2 es muy
similar, en las figuras 3 y 4 la longitud axial del sector superior
7 y del inferior 8 también es muy similar.
Y también JP59075886 con fecha de publicación
1984-04-28, US3635186, AT390936B y
GB879724.
El problema técnico que existe desde hace muchas
décadas, sobre todo a partir de la crisis del petróleo del año
1973, es por tanto que con velocidades medias para el buque entre
10 y 18 nudos el incremento del rendimiento de los sistemas de
propulsión hélice-tobera convencional, respecto a la
hélice abierta es muy bajo, y para buques de alta velocidad a
partir de 18 nudos no se puede usar la tobera, pues sólo aporta
resistencia al avance de la nave, aunque la investigación ha sido
muy intensa; se han conseguido perfiles, como se ha indicado antes,
con menor coeficiente de arrastre y se ha mejorado la eficiencia de
las hélices, lo cual ha permitido incrementar hasta los 18 nudos el
uso de sistemas de propulsión hélice-tobera
convencional. El incremento de rendimiento propulsivo a velocidades
bajas, hasta 10 nudos, respecto a la hélice abierta, ha sido desde
hace muchas décadas excelente con la tobera convencional, del orden
del 20% de media.
Resumiendo, el problema técnico es el bajo
rendimiento propulsivo en naves con velocidad de crucero entre 10 y
18 nudos aunque se usen sistemas de propulsión
hélice-tobera convencional; y el bajo rendimiento
propulsivo en naves con velocidad de crucero a partir de 18 nudos,
que está en torno al 0.6, donde sólo se usan hélices abiertas.
La ventaja técnica que aporta esta invención
radica en un sistema de propulsión con hélice y tobera fija
respecto a la hélice, que hace que la velocidad de la nave o del
buque afecte muy poco al empuje que proporciona la tobera y por lo
tanto al rendimiento del sistema de propulsión completo compuesto
por la hélice y la tobera; para velocidades medias y altas de la
nave y se puede usar en todas las naves con independencia de su
velocidad de crucero. En naves a partir de 18 nudos de velocidad de
crucero también se mejora simultáneamente el rendimiento de la
hélice en una proporción muy importante al impedir la tobera
pérdidas en punta de pala por vórtices y pérdidas de presión y
mejorar por tanto la distribución de empuje a lo largo de la pala y
además se pueden usar puntas de pala con forma de arco coaxial al
eje de giro que dan mayor rendimiento, mientras que con la hélice
abierta no se puede usar este tipo de puntas de pala.
Resumiendo se incrementa el rendimiento
propulsivo en naves con velocidades de crucero de 10 a 18 nudos y
se incrementa el rendimiento propulsivo en naves con velocidad de
crucero superior a los 18 nudos.
La solución al problema técnico planteado
anteriormente consiste, en un sistema de propulsión con hélice y
tobera fija respecto a la hélice, adecuado para naves acuáticas con
velocidad de crucero entre 10 y 18 nudos y adecuado para naves
acuáticas con velocidad de crucero superior a 18 nudos, que
comprende:
Una tobera alrededor de la hélice, que tiene el
eje de giro sustancialmente horizontal, y cubriendo dicha tobera
axialmente la parte central alrededor de la hélice, la parte
anterior aguas arriba de la hélice y la parte posterior aguas abajo
de la hélice, teniendo las paredes interiores de la parte anterior
convergentes hacia el eje de giro de la hélice. La superficie
exterior del perfil de la tobera que incluye la cobertura angular
común de la parte anterior, central y posterior es convergente en
sentido general aguas abajo, hacia el eje de giro de la hélice;
teniendo en cuenta para este concepto expresado, sólo la distancia
radial al eje de giro de la hélice del borde anterior de entrada de
agua del perfil de la tobera y del borde final de salida de agua
del perfil de la tobera, en esta zona.
\newpage
El espesor del perfil común a las tres partes,
anterior, central y posterior de la tobera es mayor en la zona
delantera y menor en la zona trasera.
La parte anterior de la tobera rodea
parcialmente al eje de giro de la hélice; en la parte central
alrededor de la hélice la tobera rodea toda la hélice, su extensión
angular es de 360º y tiene la misma distancia de las paredes
interiores al eje de la hélice en cada plano perpendicular al eje
de la hélice, que corte la tobera en esta zona; en la parte
posterior, aguas abajo de la hélice, la tobera tiene una cobertura
angular de 360º con la misma longitud axial para toda esta zona de
la tobera, y tiene la misma distancia de las paredes interiores al
eje de la hélice, en cada plano perpendicular al eje de la hélice
que corte la tobera en esta zona; las paredes interiores de la parte
posterior de la tobera son divergentes en dirección aguas abajo o
al menos divergentes en su tramo final.
Las puntas de pala de la hélice están formadas
por un arco coaxial al eje de giro, en la sección coaxial 1.00R; y
en casos especiales la punta de pala es un punto por serlo la
cuerda de la sección coaxial 1.00R (al coincidir en un punto extremo
el borde de entrada y el borde de salida).
La hélice está unida a un árbol de manera que el
árbol pueda hacer girar la hélice alrededor de su eje de giro.
De acuerdo con la invención, toda la
parte anterior de la tobera, aguas arriba de la hélice, tiene una
cobertura angular entre 170º y 270º, de forma continua, es decir, un
solo sector en la parte anterior de la tobera y con su centro de
cobertura angular sustancialmente en la zona superior de la tobera,
con la misma longitud axial para toda esta zona anterior de la
tobera, incluidos sus extremos angulares y tiene la misma distancia
de todas las paredes interiores al eje de la hélice en cada plano
perpendicular al eje de la hélice, que corte la tobera en esta zona
(para que el agua que se aproxima a la parte anterior de la tobera
sustancialmente horizontal y paralela al eje de rotación de la
hélice se desvíe, al crear deflexión la parte anterior de la
tobera, inclinada hacia abajo, formando esta nueva dirección general
del agua dentro de toda la parte anterior de la tobera un ángulo
agudo con un plano horizontal en el lado aguas araba y obtuso en el
lado aguas abajo, sin ningún elemento material que se oponga o
interfiera dicha deflexión inclinada hacia abajo en la parte
anterior de la tobera); la longitud axial de la parte central de la
tobera tiene un valor a cada lado de la punta de pala, de tal forma
que cuando la punta de pala es un punto por serlo la cuerda de la
sección coaxial 1.00R, es de 0.08DP, axialmente a cada lado del
plano que contiene las puntas de pala, significando las siglas DP
diámetro de la hélice, y cuando se utilizan puntas de pala formadas
por un arco coaxial al eje de giro, la distancia axial es de 0.04DP
como mínimo y 0.05DP como máximo aguas arriba del plano que
contiene los bordes de entrada de cada pala en la sección coaxial
1.00R y también 0.04DP como mínimo y 0.05DP como máximo aguas abajo
del plano que contiene los bordes de salida de cada pala en la
sección coaxial 1.00R de las palas (debido a la distinta forma de
los bordes de entrada y de salida cuando la punta de pala es un
punto), aunque la parte central está unida materialmente aguas abajo
a la parte posterior; la superficie interior de la parte central de
la tobera, determinada su longitud axial en cada caso por el tipo
de punta de pala, es sustancialmente cilíndrica o al menos su zona
anterior, aguas arriba, desde el plano perpendicular al eje de giro
de la hélice que pasa por el centro de las puntas de pala (para no
producir deflexión del agua); en la parte central y posterior de la
tobera fuera de la cobertura angular de la parte anterior de la
tobera, en los extremos axiales, las paredes internas se unen con
las paredes externas por medio de un redondeamiento simétrico por
delante aguas arriba y en el extremo final aguas abajo de la parte
posterior de la tobera se unen también por medio de un
redondeamiento simétrico o terminando en arista, siendo el espesor
del perfil en estas dos partes, central y posterior, fuera de la
cobertura angular de la parte anterior, menor en cada plano
perpendicular al eje de giro, que el espesor del perfil opuesto
común a las tres partes, anterior, central y posterior de la
tobera, en dichos planos, y por lo menos un 25% inferior de media a
lo largo de todos los planos de la parte central de la tobera (para
reducir el coeficiente de resistencia o arrastre de la tobera y la
nave pueda alcanzar mayor velocidad) y la superficie exterior de
esta parte central y posterior de la tobera fuera de la cobertura
angular de la parte anterior es cilíndrica o convexa (también para
reducir el coeficiente de arrastre de la tobera). En los extremos
angulares de la parte anterior de la tobera, las paredes exteriores
se unen a las paredes interiores por medio de un bisel en cada
extremo, de tal forma que en cada extremo, las paredes interiores
exceden en cobertura angular, hacia abajo, a las paredes
exteriores; la inclinación media de cada bisel es superior a 40º
respecto a un plano horizontal (para reducir la intensidad de los
pulsos de presión provocados por el paso periódico de las palas
sobre dichos extremos).
La distancia radial entre las puntas de pala y
la tobera tiene como máximo un valor de 0.005DP para este sistema
hélice-tobera conjunto.
Preferiblemente la extensión angular de la parte
anterior de la tobera es de 200º.
Este sistema de propulsión con hélice y tobera
fija respecto a la hélice, forma parte de una nave acuática
flotante o submarina, con motor que está unido e imparte movimiento
de giro al árbol de la hélice del sistema de propulsión.
Por la zona superior, la parte anterior, la
parte central y la posterior de la tobera están unidas al codaste
por medio de soportes rígidos, o bien una o dos de estas partes.
Cuando se trata de motor eléctrico sumergido con
carena y hélice directa en el árbol, con soporte vertical que
permite el giro para orientar la dirección de la hélice respecto a
la nave, azimutales, la tobera está unida por soportes al mismo
soporte azimutal que soporta el motor y la hélice, y también cuando
el motor está dentro de la nave y la transmisión del par motor es a
través de elementos mecánicos por dentro del soporte vertical
azimutal.
La función de la parte anterior de la tobera
consiste en crear deflexión del agua en una sola dirección general,
desviar, prácticamente toda el agua que entra en la tobera en su
parte anterior, aguas arriba de la hélice, en una misma dirección
general y sentido inclinado respecto al eje de giro de la hélice;
la dirección general de prácticamente toda el agua dentro de la
parte anterior de la tobera, es inclinada respecto a la horizontal
y el sentido hacia abajo; siendo la dirección general del agua
antes de llegar a la parte anterior de la tobera sustancialmente
horizontal y paralela al eje de la hélice. Y además de lo señalado
anteriormente contribuir al empuje del buque en combinación con las
otras dos partes de la tobera, central y posterior, y con la
hélice.
La deflexión del agua en la parte anterior de la
tobera en una sola dirección general, incrementa muy poco la
velocidad axial del agua en dicha zona, para una extensión angular
de 200º sobre un 10%, con un grado de convergencia de la parte
anterior de la tobera similar al de la tobera convencional con el
perfil "19A", mientras que con la tobera convencional con el
perfil "19A" es de un 40% de incremento de velocidad axial del
agua; el grado de convergencia está referido a la relación entre el
área aguas arriba perpendicular al eje de giro de la hélice y el
área aguas abajo, de la parte anterior de la tobera, en cada caso,
sin implicar el mismo incremento de velocidad del agua; este
incremento del 10% se debe a la disposición angular del perfil en la
parte anterior alrededor del eje de la hélice, de hecho un perfil
igual con todas sus cuerdas en un mismo plano y por tanto sin
disposición angular, sólo produciría deflexión con disminución de
la velocidad axial, por tanto cuanto mayor sea la extensión angular
mayor es el incremento de velocidad axial que produce por tener
mayor cobertura angular y menor el ángulo medio de deflexión hacia
abajo. Por otra parte en autopropulsión hay que tener en cuenta que
debido a la forma de la carena (parte sumergida del casco), el agua
llega a la mitad superior delante de la tobera con una velocidad
media, inferior sobre un 10% respecto a la velocidad media con que
llega en el mismo plano vertical a la parte inferior, por lo cual
el incremento del 10% que induce la parte anterior de la tobera con
200º de extensión angular, hace que la velocidad de llegada del
agua a la hélice en su totalidad sea más homogénea. Este incremento
de velocidad axial del agua es una consecuencia colateral en este
sistema hélice-tobera para alrededor de 200º de
cobertura angular, que además resulta útil, porque sólo se produce
en la parte superior donde hace falta de acuerdo con lo explicado
anteriormente; si se reduce a 170º la cobertura angular no hay
incremento de velocidad axial absoluta.
La hélice al girar crea depresión en las caras
anteriores de las palas y por tanto succión sobre las paredes
interiores de la tobera que tiene delante, aguas arriba.
Como propulsor aislado, es decir, considerando
el sistema propulsor hélice-tobera convencional
aislado (sin empujar al buque), para un valor del coeficiente de
avance J del 65% respecto a la relación P/D, en el caso de relación
P/D = 1 para un valor 0.65J, la tobera convencional deja de ser
operativa, deja de producir empuje (Datos de ensayos reales en el
siguiente libro, Título: "The Wageningen Propeller Series",
ISBN: 90-900 7247-0, Autor G.
Kuiper, Editado por: MARIN (Maritime Research Institute
Netherlands), Primera edición, Lugar de edición: Holanda, Año de
publicación 1992, página 108, diagrama 28), debido a que se produce
un incremento de la velocidad del agua del 40% próximo al área de
barrido de la hélice (tanto en la parte superior como en la
inferior) respecto a la velocidad de avance del conjunto hélice-
tobera y entonces en la cara de succión de las palas apenas se
produce depresión y por tanto hay poca succión sobre las paredes
interiores de la tobera por lo cual la componente axial de empuje
que crea la tobera sólo compensa el arrastre de la tobera, y son
sólo las caras activas (de presión) de las palas de la hélice las
que producen empuje al incrementar la presión del agua detrás de
las palas; si se incrementa más la velocidad de desplazamiento del
conjunto hélice-tobera convencional el empuje de la
tobera es negativo al ser mayor el arrastre que el empuje que
produce y sólo produce empuje la hélice hasta que el ángulo de
ataque alcanza un valor próximo a cero, para P/D igual a la unidad
sobre 0.8J. Naturalmente este ensayo del sistema propulsor
hélice-tobera convencional aislado, no se hace
empujando al buque, pues no dispondría de fuerza de empuje al
superar cierto valor de J; sólo se explica para compren-
der las consecuencias del incremento de velocidad del agua un 40% en la parte anterior de la tobera convencional.
der las consecuencias del incremento de velocidad del agua un 40% en la parte anterior de la tobera convencional.
Hay que tener en cuenta que los valores de J
para el mayor rendimiento de la hélice están comprendidos entre el
65% y el 80% del coeficiente de avance J respecto al valor de la
relación PID, que en el caso de P/D = 1 el valor de J estaría
comprendido entre 0.65J y 0.80J.
Con el sistema de hélice tobera que se describe,
como propulsor aislado, para una extensión angular de la parte
anterior de 200º, tanto la tobera como la hélice dejarían de ser
efectivas para el 100% del valor de J respecto al valor P/D, o para
1.00J con P/D = 1, con lo cual en el intervalo de valores de 0.65J
a 0.80J tanto el rendimiento de la hélice como el de la tobera y
sus empujes continúan siendo muy buenos. Por lo cual se puede usar
empujando al buque (autopropulsión) con altos valores de J.
En autopropulsión, hay que tener en cuenta que
los valores operativos del coeficiente de avance J de la hélice
para buques equipados con hélices abiertas es del 65% al 80% de J,
respecto al valor P/D, con lo cual a velocidad de crucero se opera
con estos valores de J, por obtenerse el mayor rendimiento de la
hélice y un empuje adecuado; y aplicando este sistema hélice tobera
propuesto, es también posible, además con tobera que adiciona un
importante empuje.
Las puntas de pala en forma de arco coaxial al
eje de giro también incrementan el rendimiento de la hélice.
En autopropulsión, con este sistema
hélice-tobera propuesto, para velocidades bajas de
desplazamiento de la nave o el buque, el rendimiento es inferior al
del conjunto hélice-tobera convencional, debido a
la menor área normal de la parte anterior de la tobera, por lo cual
para buques con velocidades operativas de crucero muy bajas y mucho
empuje, hasta 10 nudos, remolcadores, arrastreros de pesca, donde la
tobera convencional es muy eficiente, el sistema propuesto en la
presente solicitud no es rentable. Naturalmente al tener este
sistema propuesto una menor extensión angular en la parte anterior
que es la que principalmente induce el empuje de la tobera,
respecto a la convencional cuya extensión angular es de 360º, a poca
velocidad del buque, el empuje que produce la tobera de este
sistema propuesto es inferior; sin embargo a partir de 10 nudos por
las razones expuestas, aunque tenga menor extensión angular su
eficiencia es mayor.
Cuando la punta de pala tiene forma de arco
coaxial al eje, se establece una distancia axial mínima de 0.04DP
entre el borde de ataque de cada pala en la sección coaxial 1.00R y
el borde anterior de la parte central de la tobera, donde empiezan
los extremos angulares de la parte anterior de la tobera que
naturalmente no tienen continuidad física periférica completa, para
evitar alta intensidad de los pulsos de presión, provocado por el
paso periódico de las puntas de pala, lo cual provocaría fatiga
estructural y posterior rotura; y una distancia axial máxima de
0.05DP para que la parte anterior de la tobera tenga la máxima
cobertura axial posible respecto a la tobera completa y de esta
forma se maximice el empuje de la tobera para velocidades medias y
altas, al presentar un área normal importante.
Cuanto menor sea la cobertura angular de la
parte anterior de la tobera, mayor es el ángulo de inclinación
hacia abajo del agua y menor el incremento de velocidad axial que
induce en el agua dentro de la parte anterior de la tobera, de hecho
para valores pequeños de cobertura angular, sobre 170º,
prácticamente no hay incremento absoluto de velocidad del agua pues
sólo compensa la disminución de velocidad axial por deflexión y si
la cobertura angular fuera sobre 90º la disminución de velocidad
axial por deflexión sería mayor que el incremento de velocidad axial
debido a la disposición angular del perfil, con lo cual la
velocidad axial absoluta sería menor en la proximidad del área de
barrido de las palas que antes de entrar en la parte anterior de la
tobera.
La parte central de la tobera al tener las
paredes interiores sustancialmente cilíndricas no produce deflexión
opuesta hacia arriba, lo cual es fundamental para la eficiencia de
esta tobera a velocidades del buque medias y altas (medias 10 a 18
nudos y altas más de 18 nudos); el borde anterior de la parte
central fuera de la cobertura angular de la parte anterior de la
tobera tiene que ser redondeado para impedir desprendimiento de la
capa límite del agua (y por tanto turbulencias, como se sabe toda
turbulencia origina pérdidas) pues debido a la succión de la hélice,
sobre todo a baja velocidad de la nave, el agua es succionada no
sólo de la zona anterior sino también de las zonas periféricas, y
la función de este redondeamiento es precisamente, no permitir que
se desprenda la capa límite, para que el agua circule hasta las
palas que están muy próximas sin deflexión general práctica hacia
arriba, dentro ya de la tobera.
El rango de cobertura angular de la parte
anterior de la tobera comprendido entre 170º y 270º, es para que el
conjunto del sistema hélice-tobera funcione en
condiciones óptimas. Cuanto menor sea la velocidad de crucero del
buque mayor cobertura angular de la parte anterior de la tobera y
viceversa.
Las puntas de pala de la hélice formadas por un
arco coaxial al eje de giro, en la sección coaxial 1.00R, producen
mayor succión en las paredes internas de la tobera y por tanto la
tobera produce mayor empuje, al ser mayor la superficie de las palas
en la proximidad de las paredes internas de la tobera, aunque la
relación de áreas Ae/Ao sea la misma. En algunos casos especiales,
si la hélice está dotada de un sistema para variación del ángulo de
pala, la punta de pala es un punto por serlo la cuerda de la
sección coaxial 1.00R y de esta forma puede girar sobre la raíz de
pala, sin que la tobera lo impida; también puede interesar este
tipo de punta de pala para dar mayor extensión axial a la parte
anterior de la tobera, siendo la hélice de palas fijas con un valor
bajo de la relación de áreas.
Cuanto menor sea la distancia radial entre las
puntas de pala y las paredes internas de la tobera, mayor es
también la succión sobre las paredes internas de la parte anterior
de la tobera y por tanto mayor el empuje de la tobera, en este caso
un valor máximo de 0.005DP. Si este sistema hélice tobera propuesto
no tuviera la parte central de la tobera con extensión angular de
360º habría que establecer una distancia radial mínima entre puntas
de pala y tobera superior a 0.1 DP pues las fluctuaciones de
presión dependen de la distancia radial en cada punto concreto; y
aún teniendo la parte central con extensión angular de 360º, si no
tuviera los extremos angulares de la parte anterior biselados de la
forma indicada, ni distancia axial de punta de pala a borde
anterior de la parte central (distancia axial cero), habría que
establecer una distancia radial entre puntas de pala y tobera
superior a 0.035DP, con lo cual en ambos casos, la depresión
provocada en las paredes internas de la parte anterior de la tobera
por la succión de la hélice sería muy pequeña, haría poco eficaz la
tobera y no se podría usar para velocidades medias ni altas de la
nave. La configuración de los distintos elementos de este sistema
hélice-tobera propuesto permite una distancia
radial inferior a 0.005DP entre puntas de pala y tobera.
La longitud axial de la parte central, determina
la longitud axial de la parte anterior de la tobera, y la establece
una vez elegido un perfil para una determinada área frontal.
Este sistema hélice-tobera
propuesto, tiene la ventaja de incrementar el rendimiento
propulsivo y por tanto disminuir en la misma proporción el consumo
de combustible, en naves acuáticas con velocidades medias (10 a 18
nudos) y altas (más de 18 nudos), respecto a los sistemas
propulsivos que se usan en la actualidad.
\newpage
A continuación se pasa a describir una serie de
dibujos que ayudan a comprender mejor la invención y que se
relacionan expresamente con un sistema de propulsión con hélice y
tobera fija respecto a la hélice en una nave, concretamente en un
buque de desplazamiento y que se presentan como ejemplo ilustrativo
y no limitativo de esta.
La figura 1 es una representación esquemática de
un sistema de propulsión de hélice y tobera fija respecto a la
hélice, con la tobera en corte por un plano vertical que contiene
el eje de giro de la hélice, por tanto es una sección longitudinal;
y los extremos de dos palas se representan en vista.
La figura 2 es una representación esquemática de
un corte perpendicular, al eje de giro de la hélice por el plano
que contiene el centro de las puntas de pala de la hélice, por lo
tanto es una sección transversal; la hélice se representa con cuatro
palas en vista, desde aguas abajo.
La figura 3 es una representación esquemática de
un detalle de la zona de la tobera en un extremo angular de la
parte anterior, parte central y parte posterior en vista y una pala
en corte por un plano perpendicular al radio de la pala que corta
tanto al borde anterior como al borde posterior en la sección
coaxial 1.00R.
La figura 4, es una representación esquemática
en corte por un plano perpendicular al eje de giro de la hélice, de
la tobera por la parte anterior aguas arriba de la hélice, vista
desde aguas abajo.
La figura 5 es una representación esquemática
del sistema de propulsión de hélice y tobera fija respecto a la
hélice, en corte vertical de la tobera por un plano que contiene el
eje de giro de la hélice, la hélice y el núcleo de la hélice se
representan en vista, la bocina (soporte posterior del árbol de la
hélice), el codaste, un soporte de la tobera en vista y el timón,
formando parte de un buque, para que puedan apreciarse bien los
detalles del conjunto.
En la figura 1 se observa la parte anterior 1 de
la tobera, la parte central 2 de la tobera y la parte posterior 3
de la tobera; la longitud axial A de la parte anterior, la longitud
axial B de la parte central y la longitud axial C de la parte
posterior; el perfil 4 en corte de la parte superior de la tobera
común a las tres partes citadas antes, observándose cómo las
paredes interiores son convergentes en el sentido del flujo en la
parte anterior; sustancialmente horizontales y por tanto
sustancialmente cilíndricas en la parte central que rodea la
hélice; y divergentes en la parte posterior; las paredes exteriores
de la cobertura angular común de la parte delantera, central y
posterior, también son convergentes en el sentido del flujo, con
mayor espesor en la parte anterior 1 y menor en la posterior 3 del
perfil 4; el perfil 5 en corte en la zona inferior fuera de la
cobertura angular de la parte anterior de la tobera, con las paredes
interiores sustancialmente horizontales y por tanto sustancialmente
cilíndricas en la parte central y divergentes en la posterior y la
pared exterior cilíndrica, los bordes de entrada 6 y de salida 7
redondeados para unir las paredes exteriores a las interiores; y
una punta de pala 8 en la parte central superior y otra en la
inferior. Las líneas de corriente D1 indican la dirección y el
sentido general del fluido aguas arriba, antes de entrar en la
parte anterior 1 en la zona superior y antes de entrar en la parte
central 2 en la zona inferior, la línea de corriente D2 indica la
dirección y el sentido general del fluido en el interior de la
parte anterior de la tobera. También se observa el borde final 9 de
la parte posterior de la tobera que pertenece al perfil 4 común a la
parte anterior, central y posterior de la tobera. Las paredes
interiores de la parte central son sustancialmente cilíndricas para
que no exista deflexión práctica del agua hacia arriba, delante de
la hélice, para no contribuir a incrementar la velocidad axial del
agua antes de llegar a las palas. También se observa la distancia
axial E cuyo valor es 0.04DP, en este caso la mínima, entre el
borde de entrada de la pala en la sección coaxial 1.00R y el borde
anterior de la parte central de la tobera.
En la figura 2, se observan las palas 10, las
puntas de pala 8 en forma de arco coaxial al eje de giro, el
sentido de giro de las palas indicado por la flecha 11, los bordes
de entrada 12 y los bordes de salida 13 de las palas, el núcleo 14
de la hélice, y los soportes de la tobera 15 que unen esta al
codaste, no representado en esta figura. Entre la zona de la parte
central que coincide con la extensión angular de la parte anterior
y la parte que no coincide, se observa en el corte una zona de
transición que no afecta a las paredes interiores, sólo a las
exteriores, cuya única función es evitar turbulencias en esa zona
en determinadas condiciones de navegación. El resto de la parte
central 2 y la parte anterior 1 completa de la tobera aparecen en
vista.
En la figura 3, se observa la distancia axial E
cuyo valor es 0.04DP entre el borde de entrada 12 en la sección
coaxial 1.00R de las palas y el extremo anterior 18 de la parte
central 2 de la tobera; la cara activa 16 de las palas y la cara de
succión 17. La distancia E tiene un valor como mínimo de 0.04DP
para evitar fuertes fluctuaciones de presión en los extremos
angulares de la parte anterior de la tobera, por presentar
discontinuidad periférica.
En la figura 4, se observa el extremo angular 19
con forma de bisel de la parte anterior de la tobera, por donde
suben las palas y el extremo angular 20 con forma de bisel de la
parte anterior de la tobera por donde bajan las palas; la flecha 11
indica el sentido de giro de las palas; las paredes exteriores 21
se unen a las paredes interiores 22 por medio de un bisel en cada
extremo 19,20, de tal forma que en cada extremo citado, las paredes
interiores exceden hacia abajo a las paredes exteriores, y de esta
forma disminuyen las fluctuaciones de presión total en los extremos
angulares (por encontrar menos superficie frontal) por el paso
próximo de las puntas de pala sobre estos extremos angulares al
encontrar los pulsos de presión una superficie muy inclinada cuando
las puntas de palas se acercan cuando suben o se alejan cuando
bajan, y cuando las puntas de pala circulan por la cobertura angular
de la parte anterior de la tobera, las fluctuaciones de presión en
las paredes interiores de la parte anterior de la tobera, a una
distancia axial mínima de 0.04DP de la punta de pala, son
soportadas sin consecuencias negativas, por estar la parte anterior
de la tobera materialmente unida al resto de la tobera cuya
cobertura angular es de 3600 aportando esto rigidez y estabilidad a
la tobera completa. La disposición de los extremos angulares 19, 20
en forma de bisel de la parte anterior 1, también sirve para que en
determinadas condiciones de navegación excepcionales con cabeceo del
buque (bajando y subiendo alternativamente la proa y la popa), al
bajar la tobera se mantenga mayor depresión en las paredes
interiores de la parte anterior al ser desviada hacia los lados un
volumen de agua importante por cada bisel, que con otra forma de
los extremos hubiese entrado con dirección casi vertical
incrementando la presión estática y por tanto disminuyendo el
empuje de la tobera.
En la figura 5 se observa la tobera, la hélice
representando sólo dos palas para mayor claridad de la figura, la
bocina 23, el timón 24, uno de los dos soportes 15, el codaste 25 y
el buque 26. El núcleo 14 de la hélice está unido al árbol y este al
motor del buque 26. El árbol motor pasa por el interior de la
bocina 23 que hace la función de soporte en el extremo de popa del
casco.
De acuerdo con el presente sistema hélice
tobera, el agua que llega a la parte anterior de la tobera
sustancialmente horizontal y paralela al eje de rotación de la
hélice, es desviada por las paredes interiores convergentes de la
parte anterior de la tobera inclinándola hacia abajo; la succión de
la hélice origina depresión en el interior de la parte anterior de
la tobera, por lo cual la tobera empuja al buque, a través de los
soportes 15 que la unen al codaste 25; las puntas de pala 8 con
forma de arco coaxial al eje de giro inducen mayor depresión en las
paredes internas de la parte anterior de la tobera, por presentar
mayor superficie de succión en la proximidad de dichas paredes; en
este buque 26 con velocidad de crucero sobre 23 nudos, no existe un
importante incremento de velocidad axial en la parte anterior de la
tobera respecto a la velocidad del buque por tener una cobertura
angular de 200º la parte anterior.
Esta invención tiene aplicación industrial en la
industria naval.
Claims (3)
1. Sistema de propulsión con hélice y tobera
fija respecto a la hélice, adecuado para naves acuáticas con
velocidad de crucero entre 10 y 18 nudos y adecuado para naves
acuáticas con velocidad de crucero superior a 18 nudos, que
comprende:
una tobera alrededor de la hélice, que tiene el
eje de giro sustancialmente horizontal, y cubriendo dicha tobera
axialmente la parte central alrededor de la hélice, la parte
anterior aguas arriba de la hélice y la parte posterior aguas abajo
de la hélice, teniendo las paredes interiores de la parte anterior
convergentes hacia el eje de giro de la hélice; la superficie
exterior del perfil de la tobera que incluye la cobertura angular
común de la parte anterior, central y posterior es convergente en
sentido general aguas abajo, hacia el eje de giro de la hélice; el
espesor del perfil común a las tres partes, anterior, central y
posterior de la tobera es mayor en la zona delantera y menor en la
zona trasera; la parte anterior de la tobera rodea parcialmente al
eje de giro de la hélice; en la parte central alrededor de la
hélice la tobera rodea toda la hélice, su extensión angular es de
360º y tiene la misma distancia de las paredes interiores al eje de
la hélice en cada plano perpendicular al eje de la hélice, que corte
la tobera en esta zona; en la parte posterior, aguas abajo de la
hélice, la tobera tiene una cobertura angular de 360º con la misma
longitud axial para toda esta zona de la tobera, y tiene la misma
distancia de las paredes interiores al eje de la hélice, en cada
plano perpendicular al eje de la hélice que corte la tobera en esta
zona; las paredes interiores de la parte posterior de la tobera son
divergentes en dirección aguas abajo o al menos divergentes en su
tramo final; las puntas de pala de la hélice están formadas por un
arco coaxial al eje de giro, en la sección coaxial 1.00R, y en
casos especiales la punta de pala es un punto por serlo la cuerda de
la sección coaxial 1.00R; la hélice está unida a un árbol de manera
que el árbol pueda hacer girar la hélice alrededor de su eje de
giro;
caracterizado porque, toda la parte
anterior (1) de la tobera, aguas arriba de la hélice, tiene una
cobertura angular entre 170º y 270º, de forma continua, es decir, un
solo sector en la parte anterior de la tobera y con su centro de
cobertura angular sustancialmente en la zona superior de la tobera,
con la misma longitud axial para toda esta zona anterior de la
tobera, incluidos sus extremos angulares (19, 20) y tiene la misma
distancia de todas las paredes interiores (22) al eje de la hélice
en cada plano perpendicular al eje de la hélice, que corte la
tobera en esta zona; la longitud axial de la parte central (2) de
la tobera tiene un valor a cada lado de la punta de pala, de tal
forma que cuando la punta de pala es un punto por serlo la cuerda de
la sección coaxial 1.00R, es de 0.08DP, axialmente a cada lado del
plano que contiene las puntas de pala, significando las siglas DP
diámetro de la hélice, y cuando se utilizan puntas de pala formadas
por un arco coaxial al eje de giro, la distancia axial es de 0.04DP
como mínimo y 0.05DP como máximo aguas arriba del plano que contiene
los bordes de entrada (12) de cada pala en la sección coaxial 1.00R
y también 0.04DP como mínimo y 0.05DP como máximo aguas abajo del
plano que contiene los bordes de salida (13) de cada pala en la
sección coaxial 1.00R de las palas, aunque la parte central (2)
está unida materialmente aguas abajo a la parte posterior (3); la
superficie interior de la parte central de la tobera, determinada
su longitud axial en cada caso por el tipo de punta de pala, es
sustancialmente cilíndrica o al menos su zona anterior, aguas
arriba, desde el plano perpendicular al eje de giro de la hélice que
pasa por el centro de las puntas de pala; en la parte central y
posterior de la tobera fuera de la cobertura angular de la parte
anterior de la tobera, en los extremos axiales (6, 7), las paredes
internas se unen con las paredes externas por medio de un
redondeamiento simétrico por delante aguas arriba y en el extremo
final aguas abajo de la parte posterior de la tobera se unen
también por medio de un redondeamiento o terminando en arista,
siendo el espesor del perfil (5) en estas dos partes, central y
posterior, fuera de la cobertura angular de la parte anterior,
menor en cada plano perpendicular al eje de giro, que el espesor
(4) del perfil opuesto común a las tres partes, anterior, central y
posterior de la tobera, en dichos planos, y por lo menos un 25%
inferior de media a lo largo de todos los planos de la parte
central de la tobera y la superficie exterior de esta parte central
y posterior de la tobera fuera de la cobertura angular de la parte
anterior es cilíndrica o convexa; en los extremos angulares (19, 20)
de la parte anterior (1) de la tobera, las paredes exteriores (21)
se unen a las paredes interiores (22) por medio de un bisel en cada
extremo, de tal forma que en cada extremo, las paredes interiores
exceden en cobertura angular, hacia abajo, a las paredes
exteriores; la inclinación media de cada bisel es superior a 40º
respecto a un plano horizontal; la distancia radial entre las
puntas de pala y la tobera tiene como máximo un valor de 0.005DP
para este sistema hélice-tobera conjunto.
2. Sistema de propulsión con hélice y tobera
fija respecto a la hélice, según reivindicación 1,
caracterizado porque la extensión angular de la parte
anterior (1) de la tobera es de 200º.
3. Sistema de propulsión con hélice y tobera
fija respecto a la hélice, según reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque forma parte de una nave (26) acuática
flotante o submarina, con motor que está unido e imparte movimiento
de giro al árbol de la hélice del sistema de propulsión.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200802300A ES2317799B1 (es) | 2008-08-01 | 2008-08-01 | Sistema de propulsion con helice y tobera fija respecto a la helice. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200802300A ES2317799B1 (es) | 2008-08-01 | 2008-08-01 | Sistema de propulsion con helice y tobera fija respecto a la helice. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2317799A1 true ES2317799A1 (es) | 2009-04-16 |
| ES2317799B1 ES2317799B1 (es) | 2010-03-17 |
Family
ID=40513496
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES200802300A Expired - Fee Related ES2317799B1 (es) | 2008-08-01 | 2008-08-01 | Sistema de propulsion con helice y tobera fija respecto a la helice. |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| ES (1) | ES2317799B1 (es) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013178853A2 (es) | 2012-05-30 | 2013-12-05 | Romero Vazquez Juan Jose | Tobera fija simétrica aceleradora para naves acuáticas en condición de navegación libre |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102022129372A1 (de) * | 2022-11-07 | 2024-05-08 | Universität Duisburg-Essen, Körperschaft des öffentlichen Rechts | Düsenpropeller für Propulsionssysteme |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1310803A (en) * | 1970-06-11 | 1973-03-21 | Strommen Staal As | Propeller nozzle |
| JPS5663594A (en) * | 1979-10-29 | 1981-05-30 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Nozzle propeller device |
| GB1600994A (en) * | 1978-05-24 | 1981-10-21 | Lips Bv | Ship propellor ducts |
| EP0100058A1 (en) * | 1982-07-19 | 1984-02-08 | Astilleros Espanoles, S.A. | Method and apparatus for increasing efficiency of a propeller-driven vehicle |
| DE4325290A1 (de) * | 1993-07-28 | 1995-02-02 | Dudszus Alfred Prof Dr Ing Hab | Nachstromdüse |
-
2008
- 2008-08-01 ES ES200802300A patent/ES2317799B1/es not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1310803A (en) * | 1970-06-11 | 1973-03-21 | Strommen Staal As | Propeller nozzle |
| GB1600994A (en) * | 1978-05-24 | 1981-10-21 | Lips Bv | Ship propellor ducts |
| JPS5663594A (en) * | 1979-10-29 | 1981-05-30 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Nozzle propeller device |
| EP0100058A1 (en) * | 1982-07-19 | 1984-02-08 | Astilleros Espanoles, S.A. | Method and apparatus for increasing efficiency of a propeller-driven vehicle |
| DE4325290A1 (de) * | 1993-07-28 | 1995-02-02 | Dudszus Alfred Prof Dr Ing Hab | Nachstromdüse |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| [en línea] [recuperado el 25.02.2009] Recuperado de Epodoc Database & JP 56063594 A (MITSUBISHI HEAVY IND LTD) 30.05.1981, figura 4, resumen * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013178853A2 (es) | 2012-05-30 | 2013-12-05 | Romero Vazquez Juan Jose | Tobera fija simétrica aceleradora para naves acuáticas en condición de navegación libre |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ES2317799B1 (es) | 2010-03-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4370096A (en) | Marine propeller | |
| ES2516648T3 (es) | Un arreglo de propulsión y gobierno para un buque | |
| ES2292138T3 (es) | Conjunto de propulsion para navio, que comprende una barquilla destinada a instalarse bajo la carena del navio. | |
| JP5524496B2 (ja) | 船舶の推進装置とそれを備えた船舶 | |
| US6701862B2 (en) | Bow mounted system and method for jet-propelling a submarine or torpedo through water | |
| ES2475994T3 (es) | Pretobera para un sistema de accionamiento de una embarcación para la mejora de la eficiencia energética | |
| ES2388584T3 (es) | Hélice carenada para barcos | |
| ES2606014T3 (es) | Buque con rotor Magnus y dispositivo dinamométrico | |
| ES2620295T3 (es) | Hélice con tobera | |
| JP6490595B2 (ja) | 船舶の推進装置 | |
| JP2008018927A (ja) | 船舶推進システム | |
| ES2317799B1 (es) | Sistema de propulsion con helice y tobera fija respecto a la helice. | |
| KR101780910B1 (ko) | 덕트 장치 | |
| WO2011102103A1 (ja) | ダクト付きスラスタ及びそれを備えた船舶 | |
| ES2772573B2 (es) | Sistema helice tobera aceleradora para impulsar barcos | |
| ES2460815A1 (es) | Sistema hélice tobera aceleradora para impulsar barcos | |
| WO2015101683A1 (es) | Sistema hélice tobera aceleradora para impulsar barcos | |
| ES2385994B2 (es) | Tobera fija simétrica aceleradora para naves acuáticas en condición de navegación libre | |
| KR20160035670A (ko) | 선박용 러더 | |
| US5573373A (en) | Propellar having optimum efficiency in forward and rewarded navigation | |
| WO2013178853A2 (es) | Tobera fija simétrica aceleradora para naves acuáticas en condición de navegación libre | |
| NO803273L (no) | Anordning ved skipspropell. | |
| WO2018211155A2 (es) | Sistema hélice tobera aceleradora para impulsar barcos | |
| KR20090117486A (ko) | 스크류 프로펠러로 추진되는 선박 | |
| US11584492B1 (en) | Directed thrust propulsion system |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EC2A | Search report published |
Date of ref document: 20090416 Kind code of ref document: A1 |
|
| FG2A | Definitive protection |
Ref document number: 2317799B1 Country of ref document: ES |
|
| FD2A | Announcement of lapse in spain |
Effective date: 20180924 |