ES2343301B1 - Sistema de propulsion multidireccional para buques con transformador mecanico hipocicloide. - Google Patents
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Abstract
Sistema de propulsión multidireccional para
buques con transformador mecánico hipocicloide que comprende un
sistema motriz (100) del tipo transformador mecánico hipocicloide y
realiza dos funciones básicas: generar los movimientos rotatorios
oscilantes de los dos ejes concéntricos (15, 16) para mover las
palas propulsoras y girar en conjunto sobre su propio eje
geométrico, lo que permite variar de forma progresiva la amplitud
del ángulo de barrido de las liras (17, 17') entre un límite
superior y un limite inferior, tanto si el sistema de propulsión
está en marcha como si está parado; también cuenta con un sistema de
conexión multidireccional que puede cambiar la orientación de la
fuerza de propulsión de las palas y, por tanto, la dirección de
desplazamiento del buque y comprende un embrague en cada eje
concéntrico con dos discos. También cuenta con una parte sumergida,
formada por una propulsión tipo "cola de pez".
Description
Sistema de propulsión multidireccional para
buques con transformador mecánico hipocicloide.
Esta invención se engloba dentro del campo de la
construcción naval, más concretamente, dentro de los sistemas de
propulsión y dirección de embarcaciones, en especial, buques a
motor.
\vskip1.000000\baselineskip
Son conocidas y descritas en el documento ES
2319149 A1 del mismo solicitante, las claras ventajas que presenta
el sistema de propulsión multidireccional sobre los actuales medios
de propulsión y maniobra de buques. Concretamente, la invención
descrita en el documento ES 2319149 A1 se caracteriza por perseguir
dos objetivos principales como son: el aumento del rendimiento de
propulsión y la mejora en la maniobrabilidad de los buques.
De forma general, para aumentar el rendimiento
de la propulsión, en dicho documento se presenta un mecanismo
formado por un sistema motriz tipo cigüeñal-biela
que mueve un eje principal oscilante; solidario a dicho eje se
encuentran, la lira (estructura que soporta las palas) y las palas.
Cuando el eje (que se encuentra perpendicular a la superficie del
agua en reposo) gira, arrastra las palas que son las encargadas de
ejercer la fuerza de propulsión que mueve el buque.
En cuanto a la mejora de la maniobrabilidad del
buque se describe un mecanismo de conexión multidireccional, que
consta de un disco deslizante y otro motriz y un mecanismo auxiliar
el cual se encarga de separar ambos discos, girar el eje en la
dirección deseada y volver a juntar los dos discos. De esta manera
se pueden orientar las palas en la dirección que se desee, desde 0º
hasta 360º.
Esta invención avanza sustancialmente en el
desarrollo anterior, tanto en la forma de generar la fuerza de
propulsión como en la orientación de esta con respecto al buque,
gracias a la introducción de una serie de elementos esenciales que
se describen más adelante.
Existen otros documentos como el US272949
(Augustus M. Freeman, 1883), en el cual se muestra un sistema de
propulsión oscilante a base de un doble juego de aletas pivotantes
montadas en "liras" que giran alternativamente, en movimiento
oscilatorio o de vaivén, sobre un mismo eje vertical para producir
la fuerza de empuje. Sin embargo, esta embarcación es un tipo de
embarcación de propulsión manual que, por cuestiones constructivas,
no tiene la posibilidad de adaptar ningún tipo de propulsión
mecánica ni mecanismo de conexión multidireccional.
En cuanto al sistema de propulsión, sin tener ya
la estructura de liras y patas de la invención, el documento
US6193466 describe un sistema propulsor a base de unas palas que
giran en direcciones opuestas solidariamente a sendos árboles
verticales coaxiales movidos por una transmisión de engranajes. En
este caso el movimiento que realizan los ejes no es alternante como
el de la invención presentada, con un ángulo de barrido mínimo y uno
máximo, sí no que es circular (360º), de manera que no se puede
regular la velocidad regulando la amplitud del ángulo de barrido de
las palas. Además, en este documento el mecanismo de orientación del
empuje o mecanismo de gobierno, es accionado mediante una caña de
timón.
En cuanto al mecanismo de conexión
multidireccional, en el documento US2573382 se representa un
mecanismo de inversión de la marcha, es decir, cambia su orientación
pero solo en dos posiciones 0º o 180º. Este mecanismo tiene el
inconveniente de que no permite maniobrar, por ejemplo, en un
muelle.
El documento WO2005/047100 muestra una forma de
variar la dirección de la embarcación pero utilizando un sistema
distinto al de la invención y que no podría adaptarse al tipo de
propulsión de nuestro buque, ya que en este caso lo que se varía es
el ángulo de ataque de cada una de las palas, las cuales van
montadas sobre una cadena sin
fin.
fin.
El documento US975972 propone un conjunto de
tres propulsores (uno central y dos laterales) que utiliza dos ejes
concéntricos pero de rotaciones completas (no oscilantes) y propone
un sistema motriz diferente al de la invención aquí reivindicada (no
es hipocicloide) con una multidirección que no es aplicable a una
línea de propulsión única.
El documento US4568290 propone el uso de dos
ejes oscilantes, no concéntricos, para la propulsión. La
multidirección no es tal al no poder asumir giros de 360º sobre el
plano horizontal.
Así pues, en ninguno de los documentos
localizados por el solicitante se divulga un sistema para buques a
motor que cuente con un equipo de propulsión y al mismo tiempo de
giro, que solvente de forma conjunta los problemas encontrados en
los desarrollos hasta ahora conocidos y con una eficiencia
comprobada mucho mayor que la de los sistemas existentes en la
actualidad.
En la presente invención se cuenta, para cada
línea de propulsión, con una parte sumergida en el agua, de forma
similar a otras existentes en el estado de la técnica y que está
formada por dos ejes concéntricos rotatorios y oscilantes en sentido
opuesto uno de otro (recorridos encontrados). Estos ejes trasmiten
un movimiento oscilante, del tipo "cola de pez", con un ángulo
de barrido entre dos límites (límite superior y límite inferior) a
dos liras, formadas cada una por un cuerpo de lira unido a unos
brazos en los que se montan las palas, que serán las que generen la
fuerza de propulsión para mover el buque. Esta transmisión de las
oscilaciones de los ejes a sus liras correspondientes, se realiza a
través de un medio elástico intercalado entre cada eje y su cuerpo
de lira correspondiente, con el fin de dar elasticidad a la línea de
propulsión y evitar así las vibraciones.
Para generar la fuerza de propulsión necesaria
para mover el buque se cuenta con el motor de propulsión del buque
el cual, a través de un sistema motriz del tipo transformador
mecánico hipocicloide, transmite su movimiento a los ejes
concéntricos.
Para entender el funcionamiento del sistema
motriz conviene recordar que una hipocicloide es la curva que
describe la trayectoria de un punto situado sobre una circunferencia
generatriz que rueda, sin deslizar, por el interior de otra
circunferencia directriz y que, cuando el diámetro de la
circunferencia que rueda es la mitad del de la circunferencia
directriz, la hipocicloide engendrada es una recta de la misma
longitud que el diámetro de la circunferencia directriz.
Así pues, se ha diseñado el transformador
mecánico hipocicloide de la invención, para que esas rectas que se
generan se correspondan con los caminos recorridos por los bulones
de dos bielas, que conectadas a sendos discos motrices muevan los
dos ejes concéntricos y estos a su vez a las palas propulsoras.
El uso de dos ejes rotatorios y oscilantes
(roto-oscilantes) concéntricos y de recorridos en
sentidos opuestos en lugar de un eje roto-oscilante
único, se justifica en la necesidad de anular las componentes
laterales generadas por las palas cuando trabajan, cosa que sería
imposible de lograr con un eje único.
El eje exterior es siempre tubular y el interior
tubular o macizo. Su posición de trabajo es perpendicular a la
superficie del agua en reposo, siendo admisible una cierta
inclinación hacia popa sobre el plano longitudinal de simetría del
buque o sobre dos planos paralelos a éste, sí el buque lleva dos
líneas de propulsión, tomando como vértice del ángulo de esta
inclinación, el extremo inferior del eje interno
correspondiente.
El uso del transformador mecánico hipocicloide
como sistema motriz permite variar de forma progresiva el valor del
ángulo de barrido de las liras entre sus dos límites (límite
superior para el ángulo de barrido mayor posible y límite inferior
para el ángulo de barrido menor posible). Esta variación progresiva
entre ambos límites se puede realizar tanto con la línea de
propulsión funcionando, activa, como cuando está inactiva.
Es importante señalar que con la línea de
propulsión en acción, las variaciones aplicadas al ángulo de barrido
de las liras, conllevan respuestas distintas en la propulsión
generada, que pueden ir progresivamente desde barridos de amplitud
pequeña (límite inferior) a barridos de amplitud grande (límite
superior).
Esta variación de la amplitud del ángulo de
barrido de las liras es posible gracias a que el transformador
hipocicloide (sistema motriz) tiene permitido el giro de todo él en
su conjunto sobre su propio eje geométrico, lo cual permite cambiar
la orientación del camino rectilíneo (hipocicloide) de vaivén
descrito por los bulones de las bielas, siendo esta acción la que
hace variar el citado ángulo de barrido de las liras.
Los detalles del sistema motriz se explican más
concretamente en la realización preferente de la invención.
El sistema de propulsión incluye un sistema de
conexión multidireccional que permite reorientar la fuerza de
propulsión generada por las palas en cualquier dirección y sentido
horizontales entre 0º y 360º, de manera que la embarcación puede
desplazarse, por ejemplo, lateralmente para atracar en un
muelle.
Este sistema comprende dos embragues, uno sobre
cada uno de los ejes de propulsión concéntricos, que permiten
desconectar y conectar dichos ejes al sistema motriz, algo necesario
para realizar el cambio de orientación de las palas (principio
básico de la multidireccionalidad) ya que se requiere que el sistema
motriz esté desconectado. Cada embrague consta de dos discos, uno
motriz y otro deslizante.
Cada disco motriz está conectado al sistema
motriz a través de una biela y es el que transmite el movimiento
oscilatorio a las liras por medio de su eje correspondiente. El
disco deslizante solo puede deslizarse sobre su eje correspondiente,
para poder ser separado o unido al primero.
La unión entre sí de los dos discos de cada
embrague para que realicen su función de transmitir los vaivenes de
las bielas a los ejes concéntricos correspondientes, puede ser una
unión mecánica simple, electromecánica o cualquier sistema
equivalente.
Para la conexión-desconexión
simultánea de los discos deslizantes de los dos ejes se utiliza un
mecanismo auxiliar que puede ser, en función del tipo de buque,
electromecánico, hidráulico, etc.
Para que el giro de los ejes concéntricos
durante los cambios de reorientación de las palas se haga de forma
sincronizada una vez que están desconectados, se utiliza un
dispositivo de sincronización de ambos ejes.
Las acciones del mecanismo auxiliar y las del
dispositivo de sincronización son antagónicas: cuando se desconecta
uno entra en acción el otro de manera automática y viceversa. Es
decir, si el mecanismo auxiliar desconecta el sistema motriz de los
ejes concéntricos, entonces el mecanismo de sincronización une ambos
ejes para que su giro se realice conjuntamente.
Además, se conecta un mecanismo de giro al
extremo superior del eje interno para poder girar los dos ejes sobre
sí mismos, una vez están desconectados y sincronizados, hasta llegar
a una nueva orientación de las palas propulsoras.
Estos ejes desconectados y sincronizados son
girados por acción del mecanismo de giro hasta que llegan al nuevo
rumbo elegido para el empuje de las palas, en cuyo momento, el
mecanismo auxiliar invirtiendo su acción, volverá a conectar los
discos deslizantes a los motrices correspondientes a la vez que de
forma simultánea y automática se suprime la unión temporal de los
dos ejes, creada por el dispositivo de sincronización. El mecanismo
de giro puede adoptar varias formas, ninguna de ellas preceptiva,
dependiendo del tipo y tamaño del buque.
Son muchas las ventajas que se obtienen con este
nuevo sistema de propulsión y giro de buques como son, entre
otras:
- 1.
- Multidireccionalidad real de 360º durante la marcha del buque: acciones de dirección, desplazamiento y maniobras del buque (rumbo, marcha avante, marcha atrás, atraque, etc.,) disponibles en cualquier dirección y sentido horizontales.
- 2.
- Compensación de los esfuerzos laterales generados por las palas durante su trabajo de propulsión evitando las vibraciones, gracias al doble eje con giros opuestos y sincronizados (recorridos encontrados).
- 3.
- Posibilidad de variar la amplitud del ángulo de barrido de las palas durante la marcha del buque, para aumentar la velocidad de barrido de las palas o disminuirla y todo ello manteniendo fijo el número de revoluciones del sistema motriz.
- 4.
- Eliminación del uso de las clásicas bocinas y sus correspondientes empaquetaduras, propias de los ejes horizontales cuando se usan hélices convencionales, ya que el paso de los ejes concéntricos a través del casco se realiza por encima del nivel del mar.
Todo esto se traduce en una importantísima
mejora del rendimiento y la eficiencia con respecto a todo lo
existente en el estado de la técnica, lo que implica menores costes
y resultados mucho mejores.
Para completar la descripción que se está
realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las
características de la invención, se acompaña un juego de dibujos
donde, con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado
lo siguiente:
Figura 1: Esquema general de la invención
Figura 2: Esquema en planta del transformador
mecánico hipocicloide y su relación con los discos motrices
Figura 3: Esquema en planta de la variación del
ángulo de barrido (beta) de las palas, entre os límites superior (A)
e inferior (B)
Figura 4: Detalle de la sección AB de la Figura
2
Figura 5: Detalle de la sección CD de la Figura
2
Figura 6: Esquema en planta de la línea de
propulsión completa
Figura 7: Detalles de la conexión
multidireccional conectada (A) y desconectada (B).
Figura 8: Esquema en perspectiva de la conexión
multidireccional, desconectada (A, ejes sincronizados) y conectada
(B).
Figura 9: Gráfico comparativo entre la fuerza de
propulsión obtenida en función de la energía consumida entre el
sistema de la invención (líneas continuas) y una hélice comercial
equivalente (línea de trazos).
Figura 10: Gráfico comparativo entre la fuerza
de propulsión obtenida en función de la velocidad aplicada a las
palas entre el sistema de la invención (líneas continuas) y una
hélice comercial equivalente (línea de trazos).
Como las referencias son numerosas, para una
mayor claridad a continuación se ofrece un listado de todas
ellas:
- 1.
- Eje motriz. Recibe las rotaciones del motor propulsor del buque
- 2.
- Cadena motriz. Engranajes, cadena-ruedas dentadas, etc.
- 3.
- Engranajes satélites (circunferencias que ruedan)
- 4.
- Bielas
- 5.
- Bulones giratorios de las bielas
- 6.
- Corona dentada directriz (circunferencia directriz)
- 7.
- Eje principal
- 8.
- Discos de bulón (solidarios de los engranajes satélites respectivos)
- 9.
- Rodamientos del eje principal
- 10.
- Cuerpo del transformador mecánico hipocicloide (dos mitades acopladas)
- 11.
- Rodamientos de los engranajes satélites
- 12.
- Disco deslizante
- 13.
- Disco motriz
- 14.
- Soporte para la conexión mecánica entre el transformador mecánico hipocicloide y resto del sistema de propulsión multidireccional
- 15.
- Eje externo
- 16.
- Eje interno
- 17.
- Lira superior
- 17'.
- Lira inferior
- 18.
- Cuerpos de las liras
- 19.
- Brazos de las liras
- 19'.
- Brazos intermedios (opcionales)
- 20.
- Topes de las palas
- 21.
- Palas
- 22.
- Ejes de las palas
- 23.
- Encastres macho-hembra
- 24.
- Mecanismo Auxiliar para separar-juntar los dos discos deslizantes
- 25.
- Dispositivo de Sincronización de los ejes concéntricos
- 26.
- Mecanismo de Giro para girar los dos ejes juntos, durante la reorientación de la fuerza de propulsión
- 27.
- Rodamientos de mecanismo auxiliar
- 28.
- Disco sincronizador
- 29.
- Disco soporte del sincronizador
- 30.
- Punzones del sincronizador
- 31.
- Anillo del mecanismo de giro
- 32.
- Eje del mecanismo de giro
- 33.
- Pasacascos para los dos ejes concéntricos
- 34.
- Rodamientos-soporte del eje externo
- 35.
- Retenes del pasacascos
- 36.
- Conexión elástica de las liras
- 37.
- Barras separadoras de los discos deslizantes (12)
- 38.
- Volante del mecanismo de giro
- 100.
- Sistema motriz
- 200.
- Sistema de conexión multidireccional (sistema de orientación de la propulsión del buque)
- 300.
- Parte de la línea de propulsión que queda sumergida
Para lograr una mayor comprensión de la
invención se van a describir de manera precisa todos los elementos
que comprende el sistema de propulsión multidireccional con
transformador mecánico hipocicloide para buques, así como su
funcionamiento.
En la figura 1 se muestra un esquema general
para una línea de propulsión, del conjunto completo de la invención.
El sistema motriz, de tipo transformador mecánico hipocicloide
(100), el sistema de conexión multidireccional o sistema de
orientación de la fuerza de propulsión del buque (200) y la parte de
la línea de propulsión que queda sumergida en el agua (300).
La parte de la línea de propulsión que queda
sumergida en el agua, aunque con ciertas variantes, es similar a las
existentes en el estado de la técnica. Comprende dos ejes
concéntricos oscilo-rotatorios (15, 16), dos liras
(17, 17') formadas cada una de ellas por un cuerpo (18) al que se
unen los brazos principales de las liras (19), con la opción de
introducir entre estos brazos principales (19) unos brazos
intermedios (19'), los ejes de las palas (22), dos o más topes en
cada pala (20) y las palas (21).
Los dos ejes concéntricos y
oscilo-rotatorios (15, 16) le transmitirán un
movimiento oscilante a sus liras (17, 17') correspondientes,
originando un movimiento del tipo "cola de pez" y lo harán a
través de un medio elástico (36) intercalado entre el cuerpo de cada
lira (18) y la fijación a su eje correspondiente, todo ello con el
fin de dotar de elasticidad a la línea de propulsión y así evitar
vibraciones.
Una de las diferencias que la invención
reivindicada tiene respecto a las otras patentes del estado de la
técnica, es que en el caso que nos ocupa los dos ejes concéntricos
(15, 16) nunca realizan revoluciones completas sobre su eje
geométrico común. Rotan sobre dicho eje geométrico en sentidos
opuestos (recorridos encontrados) una fracción de vuelta (ángulo de
barrido) y regresan a su posición inicial para completar una
oscilación. La magnitud de este ángulo de barrido (\beta, figura
3) puede ser variada de forma progresiva entre dos límites (límite
superior, figura 3A y límite inferior figura 3B, donde el ángulo de
barrido (\beta) es de 0º), incluso mientras la línea de propulsión
está trabajando y todo ello sin necesidad de variar el número de
revoluciones del sistema motriz (100).
Estas variaciones en el ángulo de barrido
(\beta) de los ejes (15, 16) por supuesto las reciben, a través de
las liras (17, 17'), sus palas (21) correspondientes y ello
repercute en el tipo de respuesta al avance del buque.
El hecho de que el transformador mecánico
hipocicloide (sistema motriz 100) puede ser girado todo él sobre su
eje geométrico, permite variar la orientación del recorrido
hipocicloide de los bulones (5) (figura 3, línea recta H), variando
así la magnitud del ángulo de la hipocicloide (\alpha), que está
relacionada directamente con el valor del ángulo de barrido
(\beta), desde los 0º del límite inferior (Fig. 3B) hasta el
límite superior (Fig. 3A).
En la figura 2 (para mayor claridad solo se
dibuja uno de los dos discos motrices, el superior, y su biela
correspondiente) se muestra un esquema en planta del transformador
mecánico hipocicloide (100) y su relación con los discos motrices
(13), a través de sus bielas (4) y se marcan dos secciones que
aparecen detalladas en las figuras 4 y 5 y que nos van a permitir
describir el transformador mecánico hipocicloide.
Como se observa en las figuras 4 y 5, el cuerpo
del transformador mecánico hipocicloide (100) se compone de dos
mitades acopladas (10).
El sistema motriz del tipo transformador
mecánico hipocicloide (100) es un mecanismo pensado para transformar
las rotaciones de un eje motriz (1) a través de una cadena motriz
(2), en dos movimientos hipocicloides rectilíneos de longitud y
recorridos bien definidos y en particular para su aplicación a la
obtención de los dos movimientos roto-oscilatorios
de los dos ejes concéntricos (15, 16) de la línea de propulsión.
El sistema motriz del tipo transformador
mecánico hipocicloide (100), según se ve en las figuras 1, 4 y 5,
está formado por un eje motriz (1) que recibe las rotaciones del
motor propulsor del buque y que se une a una cadena motriz (2) de
tipo opcional (correa, engranajes, cadena...) son transmitidas por
medio del eje principal (7) a dos engranajes satélites (3), para que
estos rueden dentro de sus respectivas coronas dentadas (6) y
generen así los indicados movimientos rectilíneos aplicables a los
dos ejes (15, 16).
Esos engranajes satélites (3) giran solidarios a
los discos de bulón (8).
Los discos de bulón (8) tienen instalados un
bulón cada uno (5). Con los bulones (5) montados a 180º uno del otro
(Fig. 6) y las bielas (4) trabajando en el mismo lado de la línea de
propulsión, logramos que la magnitud de los giros (oscilaciones) de
los ejes concéntricos (15, 16) sean exactamente iguales y de
sentidos opuestos (recorridos encontrados).
Los discos (8) sirven de enlace mecánico de los
bulones (5) con sus engranajes satélites (3) correspondientes.
Los bulones (5), al describir su movimiento
rectilíneo (hipocicloide) mueven las bielas (4) que transmiten su
movimiento de vaivén a los discos motrices (13) y estos a sus ejes
concéntricos (15, 16) correspondientes.
Las bielas (4) están construidas de forma que
son elásticas, lo suficiente como para absorber, durante el
funcionamiento de la línea de propulsión, los esfuerzos bruscos
generados al pasar estas por sus puntos muertos.
Volviendo a la figura 2, se observa que la
longitud del recorrido de cada uno de los bulones (5) y en
consecuencia de las bielas (4), es igual a la longitud del diámetro
primitivo de la corona dentada directriz (6). Esto se debe a que,
como se dijo anteriormente, en una hipocicloide, cuando el diámetro
de la circunferencia que rueda (diámetro primitivo del engranaje
satélite (3)) es la mitad del de la circunferencia directriz
(diámetro primitivo de la corona dentada (6)), la hipocicloide
engendrada es una recta de la misma longitud que el diámetro
primitivo de la circunferencia directriz (6).
Así, las bielas (4) generan un movimiento
giratorio de vaivén en cada disco motriz (13). Cada uno de los dos
ejes concéntricos (15, 16) tiene asociado uno de los dos discos
motrices (13) que le transmiten el movimiento recibido de las bielas
(4) de manera que ambos ejes (15, 16) giran y oscilan sincronizados
y en sentidos opuestos (recorridos encontrados), tal y como se
buscaba para que se anulen entre sí los esfuerzos laterales de las
palas (21) cuando trabajan.
Tanto el eje principal (7) como los engranajes
satélites (3) cuentan con los respectivos rodamientos (9, 11) que
permiten su correcto funcionamiento.
Una vez finalizada la explicación del sistema
motriz de tipo hipocicloide (100) cabe destacar que la finalidad más
importante de este mecanismo, es el hecho de que transforma el
movimiento rotatorio del eje principal (7) en dos movimientos
rectilíneos mediante recorridos hipocicloides y su transmisión
mediante las dos bielas (4) a sus ejes respectivos (15, 16), de
manera que estos giro-oscilen completamente
sincronizados pero en sentidos opuestos (recorridos
encontrados).
El efecto técnico adicional que se consigue por
el hecho de utilizar una hipocicloide en lugar de cualquier otro
método, es poder cambiar con el buque en marcha, la amplitud del
ángulo de barrido (\beta) de las palas propulsoras (figura 3, A y
B).
La conexión mecánica entre el transformador
mecánico hipocicloide (100) y el sistema de conexión
multidireccional (200) se realiza a través de un soporte especial
(14), que permite dos cosas básicas:
- 1.
- Mantener una conexión mecánica sólida entre el transformador mecánico hipocicloide (100) y el resto de la línea de propulsión.
- 2.
- Permitir el giro de todo el transformador mecánico hipocicloide (100) sobre su propio eje geométrico.
Con ese giro del transformador se puede variar
(como ya se explicó anteriormente) la magnitud del ángulo de barrido
(\beta) de las liras (17, 17'), por la variación de la orientación
del recorrido rectilíneo de los bulones (5) (variación del ángulo
de la hipocicloide, \alpha). Este cambio del ángulo de barrido
(\beta) es factible tanto si la línea de propulsión está
trabajando, como si está parada.
En cuanto al sistema de conexión
multidireccional (200) para cambiar la orientación de la propulsión
de la embarcación que se muestra en la figura 7, comprende:
\bullet Dos embragues, uno sobre cada eje (15,
16), que permiten desconectar ambos ejes (15, 16) del sistema
motriz (100). Cada embrague consta de dos discos, el motriz (13) y
el deslizante (12). Ambos discos motrices (13) pueden girar
libremente sobre el eje externo (15) y están conectados al sistema
motriz (100) por medio de sus bielas (4) correspondientes. Los
discos deslizantes (12) sólo pueden deslizarse sobre su eje
correspondiente, para poder ser separados (desembragados) de sus
discos motrices (13). En una realización preferente, ambos discos
(12, 13) llevan, en sus caras de contacto, encastres
macho-hembra (23), que permiten transmitir, cuando
los discos (12, 13) están juntos, los vaivenes de las bielas (4) a
sus ejes correspondientes (15 y 16), para hacerlos oscilar.
\bullet Un mecanismo auxiliar (24) para mover
de forma simultánea, los discos deslizantes (12) de los dos
embragues. Este mecanismo auxiliar (24), mueve simultáneamente los
dos discos deslizantes (12) para separarlos (desconexión) o
juntarlos (conexión), a sus discos motrices (13). El mecanismo puede
ser accionado, en función del tipo de buque, de varias formas
(mecánico, electromecánico, hidráulico, etc.). De las diversas
formas constructivas que puede adoptar el mecanismo auxiliar, en la
realización preferente se utilizan dos barras (37) (figuras 1, 7,
por motivos de claridad sólo se representa una), paralelas y
opuestas diametralmente (una a cada lado de la multidirección) y que
pueden subirse o bajarse simultáneamente para mover los dos discos
deslizantes (12), por medio de los cuatro rodamientos (27) alojados
por parejas en las respectivas ranuras anulares practicadas en el
cuerpo de ambos discos deslizantes (12) y con holgura suficiente
para que no dificulten las rotooscilaciones de estos discos (12)
durante el funcionamiento de la línea de propulsión.
\bullet Un mecanismo de sincronización (25) de
los dos ejes (15, 16) para poder girarlos juntos (sincronizados)
cuando ya están desconectados del sistema motriz (100), durante los
cambios de orientación de la fuerza de propulsión Durante la
separación simultánea de los dos discos deslizantes (12) el
desplazamiento del disco deslizante superior (12) (el del eje
interno, (16)), provoca que entre en acción de forma automática el
dispositivo de sincronización (25) de los dos ejes (15, 16),
creándose así la unión temporal entre sí de ambos ejes (15, 16) ya
desconectados, lo cual permite girarlos juntos sobre sí mismos sin
que modifiquen su relación radial (sincronizados).
El dispositivo de sincronización (25) está
proyectado para realizar su función sea cual sea la aleatoria
posición angular relativa en que van a quedar parados los ejes (15,
16) al realizar su última oscilación, tras parar las rotaciones del
eje motriz (1).
\vskip1.000000\baselineskip
De las diversas formas constructivas que puede
adoptar el dispositivo de sincronización, para la realización
preferente se utiliza:
- -
- Un disco sincronizador (28) que puede deslizarse, pero no girar, sobre el extremo superior del eje externo (15) y que va alojado en el cuerpo del disco deslizante superior (12) y en su cara superior lleva una corona con orificios.
- -
- Un disco soporte (29), fijo sobre el eje interno (16), con ocho punzones (30), lastrados con muelles y desfasados angularmente entre sí, de forma que al menos uno de ellos se encaje en uno de los orificios del disco (28) cuando este suba junto con el disco deslizante superior (12), durante la operación de desconexión de los ejes (15, 16) para que se forme la unión temporal de ambos (sincronización).
\vskip1.000000\baselineskip
\bullet Un mecanismo de giro (26), que entra
en conexión de forma simultánea a cuando lo hace el dispositivo de
sincronización (25), conectado al extremo superior de dicho eje
interno (16), para poder girar los dos ejes (15, 16) juntos, una vez
están desconectados y sincronizados, hasta la nueva orientación de
las liras (17, 17'). Estos ejes (15, 16) sincronizados pueden ser
girados por acción del mecanismo de giro (26) hasta que las liras
(17, 17') lleguen al nuevo rumbo elegido para el empuje de las palas
(21), en cuyo momento el mecanismo auxiliar (24) invirtiendo su
acción volverá a conectar los dos discos deslizantes (12) a los
motrices (13) correspondientes, a la vez que de forma simultánea y
automática, se suprime la unión temporal de los dos ejes (15, 16),
creada anteriormente por el dispositivo de sincronización (25). El
mecanismo de giro (26) puede adoptar varias formas, ninguna de ellas
preceptiva y dependerá del tipo y tamaño del buque. Su accionamiento
normalmente será manual.
\vskip1.000000\baselineskip
De las diversas formas constructivas que puede
adoptar el mecanismo de giro, en la actual realización preferente se
optó por el uso de:
- -
- Un eje de giro (32) con la cabeza inferior estriada, fijo en altura y que puede ser girado sobre su eje geométrico por medio de un volante (38, fig. 1) fijado en el extremo superior de dicho eje (32).
- -
- Un anillo con estriado interno (31) que cuando sube acompañando al disco deslizante superior (12) se inserta en el estriado del eje (32) creando así una conexión temporal entre los dos ejes (16, 32), que permite transmitir los giros del volante (38) a los dos ejes concéntricos (15, 16) recientemente sincronizados.
\vskip1.000000\baselineskip
A continuación y en base a las figuras 7 y 8, se
va a explicar que ocurre tras parar las rotaciones del eje motriz
(1) como paso previo a la realización de cualquier cambio de
orientación de las liras (17, 17') con el objeto de variar la
dirección y sentido de la fuerza de propulsión
(multidireccionalidad).
En la figura 7A aparece la línea de propulsión
conectada. Con los embragues cerrados, se transmite el movimiento
del sistema motriz (100) a las palas (21), creando propulsión.
En la figura 7B aparece la línea de propulsión
desconectada Esta desconexión es el paso previo y necesario para
girarlos dos ejes sincronizados (15, 16) hasta un nuevo rumbo de las
palas (21).
Como se detalla en la figura 8B, esta conexión o
desconexión se realiza del siguiente modo: por acción del mecanismo
auxiliar (24) los dos discos deslizantes (12) se separan
simultáneamente de sus respectivos discos motrices (13) (los que
reciben los vaivenes de las bielas (4)), con lo cual los encastres
macho-hembra (23) dejan de estar ensamblados (en
esta realización preferente se ha utilizado este tipo de conexión
mecánica macho-hembra para crear la unión de los dos
discos (12, 13) de cada embrague, pero podría ser cualquier otro
tipo de conexión equivalente, por ejemplo, embragues
electromagnéticos). Esto libera los dos ejes concéntricos (15, 16)
para que puedan ser girados juntos sobre su eje geométrico común,
con el objeto de buscar nuevas orientaciones de las liras (17, 17')
y por tanto, de la fuerza de propulsión.
Pero estos giros deben hacerse de forma
sincronizada para evitar desfases angulares entre los dos ejes. De
ello se encarga el dispositivo de sincronización (25) que entra en
acción de forma automática. Al desplazar el disco deslizante
superior (12) se conecta el dispositivo de sincronización (25),
estableciéndose así la unión temporal de los dos ejes (15, 16), que
permite girarlos al unísono (sincronizados).
Estos giros se realizan por acción del mecanismo
de giro (26) que girará los ejes (15, 16) sincronizados a la nueva
posición de trabajo que se elija para las palas (21).
Una vez girados los ejes (15, 16) hasta la
posición deseada (Figura 8A), se invierte el sentido de acción del
mecanismo auxiliar (24), con lo cual se desconectan automáticamente
los mecanismos de giro (26) y de sincronización (25) entre los ejes
(15, 16) a la vez que se vuelven a juntar los encastres
macho-hembra (23). Esto permite hacer girar el eje
motriz (1) de nuevo para que las palas (21) generen propulsión en
esta nueva orientación.
Una vez descrita la invención, se presentan en
las figuras 9 y 10 dos ejemplos gráficos comparativos entre el nuevo
sistema de propulsión reivindicado y los sistemas de propulsión por
hélice, para dos parámetros concretos (gasto energético y velocidad
de las palas). Para realizar ambos gráficos y a fin de que la
comparación sea válida, la suma de las superficies de las palas del
sistema nuevo es igual a la suma de las superficies de las palas de
la hélice comparada.
La gráfica de la figura 9 muestra, a modo de
ejemplo, la relación entre los gastos energéticos (vatios) y las
fuerzas correspondientes obtenidas (kgs.) (rendimientos energéticos)
entre una hélice comercial (línea de trazos) y su equivalente con el
nuevo sistema de propulsión (líneas continuas) que se reivindica. Se
observa que para obtener la misma fuerza de propulsión, el sistema
de hélice requiere mucha más energía.
La figura 10 muestra, a modo de ejemplo, la
fuerza de propulsión obtenida en función de la velocidad de las
palas. Se observa una importantísima diferencia entre ambos sistemas
pues, para la misma propulsión, la velocidad de las palas debe ser
mucho menor en el sistema propuesto (líneas continuas) que en el de
una hélice equivalente (línea discontinua).
Claims (11)
1. Sistema de propulsión multidireccional para
buques con transformador mecánico hipocicloide de los que cuentan,
para cada línea de propulsión, con un sistema motriz (100), un
sistema de conexión multidireccional (200) y la parte sumergida
(300), formada esta última por una propulsión tipo "cola de
pez" que comprende dos ejes concéntricos (15, 15), a cada uno de
los cuales se une una lira (17, 17') formada por un cuerpo (18) y
unos brazos (19) que tienen instalados unas palas giratorias (21)
con sus correspondientes ejes (22) y topes (20) y que serán las que
se encarguen de crear la fuerza de empuje del buque; el movimiento
de las liras (17, 17') es de tipo oscilante y gracias al sistema de
conexión multidireccional (200), puede cambiarse la orientación de
la fuerza de propulsión de las palas (21) y por tanto, la dirección
y el sentido de la fuerza de propulsión del buque; el sistema de
multidirección comprende un embrague en cada eje concéntrico (15,
16) y cada embrague comprende dos discos (12, 13), donde el sistema
de propulsión multidireccional está caracterizado porque el
sistema motriz (100) es del tipo transformador mecánico hipocicloide
y realiza dos funciones básicas:
- -
- genera los movimientos rotatorios oscilantes de los dos ejes concéntricos (15, 16) no realizando dichos ejes (15, 16) nunca revoluciones completas sobre su eje geométrico,
- -
- y gira todo él en su conjunto sobre su propio eje geométrico, variando de forma progresiva la amplitud del ángulo de barrido (\beta) de las liras (17, 17') entre un límite superior y un límite inferior, tanto si el sistema de propulsión está en marcha como si está parado.
\vskip1.000000\baselineskip
2. Sistema de propulsión multidireccional para
buques con transformador mecánico hipocicloide según reivindicación
1, caracterizado porque el sistema motriz (100) del tipo
transformador mecánico hipocicloide está conectado a través de la
cadena motriz (2) al eje motriz (1) movido éste por el motor
propulsor del buque y esta cadena motriz (2) transmite los giros a
través de su eje (7) a los dos engranajes satélites (3) que ruedan
por el interior de sus respectivas coronas directrices dentadas (6);
siendo los dos engranajes satélites (3) solidarios de sus
respectivos discos de bulón (8) y cada disco de bulón (8) lleva
fijado sobre él un bulón (5); describiendo cada bulón (5) un
recorrido de vaivén en línea recta de longitud constante e igual al
diámetro primitivo de la corona dentada directriz (6) y el vaivén de
los bulones (5) se transmite a través de las dos bielas (4) a los
respectivos discos motrices (13) del sistema de multidirección (200)
y en consecuencia a los ejes concéntricos (15,16) por medio de los
discos deslizantes (12).
3. Sistema de propulsión multidireccional para
buques con transformador mecánico hipocicloide según reivindicación
2 caracterizado porque los bulones (5) se montan situados a
180º uno del otro.
4. Sistema de propulsión multidireccional para
buques con transformador mecánico hipocicloide según reivindicación
3 caracterizado porque las dos bielas (4) trabajan en el
mismo lado de la línea de propulsión.
5. Sistema de propulsión multidireccional para
buques con transformador mecánico hipocicloide según reivindicación
4 caracterizado porque las dos bielas (4) son elásticas.
6. Sistema de propulsión multidireccional para
buques con transformador mecánico hipocicloide según reivindicación
4, caracterizado porque cada uno de los dos ejes concéntricos
(15, 16) que mueven las liras (17, 17'), tiene asociado un disco
motriz (13) que le transmite el movimiento de manera que ambos ejes
(15, 16) realizan sus movimientos
giratorio-oscilantes sincronizados y en sentidos
opuestos (recorridos encontrados).
7. Sistema de propulsión multidireccional para
buques con transformador mecánico hipocicloide según reivindicación
6, caracterizado porque cada uno de los dos ejes concéntricos
(15, 16) transmite sus oscilaciones a sus liras (17, 17')
respectivas a través de una conexión elástica (36) intercalada entre
ambos.
\vskip1.000000\baselineskip
8. Sistema de propulsión multidireccional para
buques con transformador mecánico hipocicloide según reivindicación
1 caracterizado porque el sistema de conexión
multidireccional (200) orienta la fuerza de propulsión de las palas
(21) en cualquier dirección y sentido horizontales entre 0º y 360º y
comprende:
- -
- dos embragues, uno sobre cada eje (15, 16) y cada embrague comprende dos discos, un disco motriz (13) que gira libremente sobre el eje externo (15) y está conectado por una biela (4) al sistema motriz (100) y otro disco deslizante (12) que sólo puede deslizarse sobre su eje correspondiente (15 ó 16), llevando ambos discos (12, 13) un mecanismo de unión que permite transmitir, cuando los discos (12, 13) están juntos (embragados), los vaivenes de las bielas (4) a sus ejes correspondientes (15 y 16), para hacerlos roto-oscilar;
- -
- un mecanismo auxiliar (24) de desconexión de los ejes concéntricos (15, 16) del sistema motriz (100);
- -
- un mecanismo de sincronización (25) que une temporalmente ambos ejes concéntricos (15,16) para poder girarlos de forma conjunta;
- -
- un mecanismo de giro (26) que posibilita el giro de los ejes (15, 16) sincronizados.
9. Sistema de propulsión multidireccional para
buques con transformador mecánico hipocicloide según reivindicación
8 caracterizado porque el mecanismo auxiliar comprende dos
barras (37), paralelas y opuestas diametralmente (una a cada lado de
la multidirección) y que pueden subir o bajar simultáneamente para
mover los dos discos deslizantes (12), por medio de los cuatro
rodamientos (27) alojados por parejas en las respectivas ranuras
anulares practicadas en el cuerpo de ambos discos deslizantes (12) y
con holgura suficiente para que no dificulten las rotoscilaciones de
estos discos (12) durante el funcionamiento de la línea de
propulsión.
10. Sistema de propulsión multidireccional para
buques con transformador mecánico hipocicloide según reivindicación
8 caracterizado porque el mecanismo de sincronización
comprende un disco sincronizador (28) que puede deslizarse, pero no
girar, sobre el extremo superior del eje externo (15) y que va
alojado en el cuerpo del disco deslizante superior (12) y en su cara
superior lleva una corona con orificios; y un disco soporte (29),
fijo sobre el eje interno (16), con ocho punzones (30), lastrados
con muelles y desfasados angularmente entre sí.
11. Sistema de propulsión multidireccional para
buques con transformador mecánico hipocicloide según reivindicación
8 caracterizado porque el mecanismo de giro comprende un eje
de giro (32) con la cabeza inferior estriada, fijo en altura y que
puede ser girado sobre su eje geométrico por medio de un volante
(38) fijado en el extremo superior de dicho eje (32) y un anillo con
estriado interno (31). que cuando sube acompañando al disco
deslizante superior (12) se inserta en el estriado del eje (32)
creando así una conexión temporal entre los dos ejes (16, 32).
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