ES2347666T3

ES2347666T3 - Buque propulsado por motores internos e hidrojets.

Info

Publication number: ES2347666T3
Application number: ES05742647T
Authority: ES
Inventors: Moustafa Abdel-Maksoud; Hannes Schulze Horn; Kay Tigges
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2004-04-29
Filing date: 2005-04-14
Publication date: 2010-11-03
Anticipated expiration: 2025-04-14
Also published as: DE502005009958D1; US20070232158A1; EP1740454B1; WO2005105571A1; KR101212623B1; KR20070010170A; DE112005001628A5; WO2005105571A8; US7537500B2; EP1740454A1; ATE474767T1

Abstract

Buque con un sistema de propulsión por motores internos con hélices (3) e hidrojets (1) que generan chorros de agua (5), en donde los motores internos están configurados como motores eléctricos (2) y los hidrojets (1) se disponen debajo del fondo del buque, y en donde los motores internos eléctricos se colocan en talones de de quilla (10) en la cara inferior del buque, en donde entre los talones de de quilla (10) se forma un canal de flujo para los chorros de agua (7) expulsados por los hidrojets (1).

Description

Buque con un sistema de propulsión por motores internos con hélices, e

5 hidrojets que generan chorros de agua, en donde los motores internos están configurados como motores eléctricos y los hidrojets están dispuestos debajo del fondo del buque.

El documento DE 1022402 A1, por el contrario, describe un buque con un sistema de propulsión con dos unidades de propulsión con hélices, preferentemente, 10 dos hélices azimutales eléctricas, y a través de hidrojets que generan chorros de agua,

en donde los hidrojets están dispuestos debajo del fondo del buque.

El objeto de la presente invención es presentar una configuración de popa y de fondo de un buque mencionado al comienzo que, a diferencia de los buques conocidos, equipados con motores internos eléctricos e hidrojets, generan un mayor

15 rendimiento de propulsión. Para alcanzar este objeto está previsto que los motores internos eléctricos estén dispuestos en talones de quilla en la cara inferior del buque, en donde se forma, entre los talones de quilla, un canal de flujo para los chorros de agua expulsados por los hidrojets. A través de dicha configuración, acorde a la invención, del fondo del buque en el área de la popa, se obtienen muy buenas

20 relaciones de corriente para las diferentes direcciones de propulsión con un mayor rendimiento de propulsión, especialmente, para la hélice. Esto es posible gracias al flujo de canal que se genera a partir de la conducción de los chorros de los hidrojets a un canal de flujo. En el canal de flujo formado acorde a la invención, la capa límite, que es gruesa en el área de la popa, se hace más delgada por influencia de los rápidos

25 chorros de los hidrojets y se generan menos efectos no estacionarios en la hélice respectiva. Además, la velocidad del flujo se iguala en ambos lados del respectivo talón de quilla. Se obtiene un rendimiento de propulsión mejorado para las hélices con una tendencia reducida a la cavitación. Además, la tendencia de vibración es reducida y, sorprendentemente, la marcha en línea también es mejorada.

30 Los chorros de los hidrojets en el canal de flujo acorde a la invención actúan junto con las hélices de los motores internos de manera sinérgica, de modo

que con la combinación de las hélices y los hidrojets se obtiene un empuje total que mayor que el que se esperaría con los empujes individuales. Un buque, especialmente, un buque rápido, con hidrojets dispuestos en su cara inferior y hélices azimutales eléctricas para la propulsión de un buque, se

5 conoce por la memoria WO 02/057132 A1, especialmente, por la figura 2. En el caso de dicha disposición y configuración de popa no se separa el flujo de agua generado por los hidrojets del área del agua en el cual funcionan las hélices. Esto sí se logra con el canal de flujo acorde a la invención entre talones de quilla en la cara inferior del buque.

10 En el artículo: "Korvetten von Blohm und Voss" (Corbetas de Blohm y Voss) en la revista "Schiff + Hafen" (Buque y puerto), 12/96, páginas 37 y 38, se describe un buque que presenta dos sistemas de propulsión directa diesel para hélices y un hidrojet, dispuestos juntos en la popa del buque. Sin embargo, sobre todo para los buques de marina, en dicha disposición significa una desventaja el

15 hecho de que todas las unidades de propulsión estén dispuestas en la popa y en el caso de un impacto en la popa, se anulen todas las unidades de propulsión. Asimismo, en el hidrojet conocido se produce un ruido indeseado. No se puede lograr un efecto sinérgico que incremente el empuje total. En una realización de la presente invención, está previsto que el canal de

20 flujo detrás del hidrojet se incremente, comenzando en el área del fondo del buque, con un desarrollo continuo en dirección de la popa del buque, entre la mitad y un tercio de la longitud del buque, comenzando desde la popa. Gracias a esta configuración del canal de flujo se obtiene un incremento ventajoso de los chorros de los hidrojets al nivel de funcionamiento de las hélices. De esta manera se logra una

25 separación de los chorros de los hidrojets del área del agua en la cual funcionan las hélices de los motores internos. Del mismo modo, las hélices se ven beneficiadas con el flujo acelerado en el canal de flujo.

Como complemento al incremento de los chorros de agua de los hidrojets en dirección de la popa, está previsto que el canal de flujo presente una chaveta de 30 guía para el agua en el canal de flujo, cuya punta esté orientada en dirección a la popa del buque y presente un corte transversal aproximadamente triangular. A través de dicha configuración de la parte delantera del canal de flujo se logra que los

chorros de agua de los hidrojets se concentren en el centro del canal de flujo. A su vez, los chorros de los hidrojets se elevan de manera ventajosa por encima del nivel en el cual funcionan las hélices de los motores internos y, al mismo tiempo, se concentran entre las hélices de los motores internos. Gracias a ello, el rendimiento de

5 propulsión de las hélices no se ve afectado negativamente por los chorros de los hidrojets, sino que, sorprendentemente, se incrementa.

Además, está previsto que los talones de de quilla presenten un corte transversal con una forma aproximada de una gota, especialmente, inclinada hacia fuera, en donde la cara de los talones de quilla se extienden, aproximadamente

10 perpendiculares al fondo del buque. De este modo, se obtiene un canal de flujo con baja resistencia, limitado por elementos laterales de conducción del flujo, adecuados al flujo, a saber, los talones de quilla con forma de gota. En total, a pesar de los elementos conductores del flujo dispuestos en la popa, por ejemplo, la chaveta de guía en el canal de flujo, o los talones de quilla, se provoca una resistencia reducida

15 de popa para el buque acorde a la invención. Los motores eléctricos pueden estar configurados como propulsores en tándem, para incrementar la redundancia y lograr construcciones más pequeñas.

Es especialmente ventajoso que los motores internos se configuren mediante la técnica HTS. De ese modo, es posible que el respectivo motor HTS sea 20 dispuesto detrás de los talones de quilla, de modo que no se requiera de un espacio en el buque para los motores. Este es el caso, especialmente, cuando los motores HTS se disponen, por ejemplo, en el área de los túneles de árbol necesarios, que se encuentran en los talones de quilla. Utilizando motores HTS se obtiene, en este caso, una popa especialmente ligera, a pesar de que los motores estén dispuestos muy atrás

25 en dirección de la popa. El peso de la popa es mucho menor en el caso de la utilización de motores HTS que en el caso de la utilización de propulsión directa diesel.

En otra realización de la presente invención, está previsto que el motor HTS presente una disposición estator/rotor resistente a cargas de choque como unidad, 30 dispuesta en forma amortiguada contra choques en la carcasa del motor. Utilizando la disposición estator/rotor resistente a cargas de choque como unidad, los motores eléctricos también pueden soportar grandes cargas de choque, inclusive en el caso de

que no estén ejecutados con la técnica HTS, sino con técnica normal. Para potenciar esto, está previsto además que la carcasa del motor esté dispuesta de modo tal que evita elásticamente la carga de choque. De esta manera, se obtiene una doble capacidad de desviación de las partes individuales del motor, lo cual genera una gran

5 resistencia. Las máquinas eléctricas colgadas y configuradas de ese modo pueden soportar aceleraciones de mucho más que 10 g.

Dado que las posibilidades de reparación en el interior de los talones de quilla debajo de la popa de un buque no son óptimas, está previsto que el motor eléctrico, especialmente, en la configuración como motor HTS, esté dispuesto en una

10 caja de motor de almacenamiento elástico, especialmente, colgante. Una caja de motor de este tipo puede ser cambiada de manera relativamente sencilla en el puerto, de modo que un buque con dicha disposición de motor también se puede poner en marcha relativamente rápido tras un impacto de mina debajo de la popa. Ventajosamente, el motor eléctrico, el árbol corto y la hélice forman, a su vez, una

15 unidad recambiable. En la realización de la presente invención, está previsto que los motores eléctricos en los talones de quilla estén configurados como motores en tándem, especialmente, como motores de árbol en tándem. De esta manera, se puede mejorar aún más la seguridad operativa de la propulsión.

20 Para el buque acorde a la invención está previsto que presente, distribuidos en el casco del barco, módulos de células de combustible y máquinas de combustión interna que generen la energía necesaria para los componentes de accionamiento, es decir, los motores internos y los hidrojets. El buque acorde a la invención no sólo cuenta con dispositivos de propulsión distribuidos, sino también dispositivos

25 generadores de energía distribuidos, que lo hacen muy resistente contra daños provocados por efectos externos. Por lo demás, es ventajoso que se prescinda de una sala de máquinas central, de modo que, especialmente en el caso de yates de lujo, se cuente con mayor espacio valioso en el interior del buque, a saber, aproximadamente en el centro del buque o en el área anterior de la popa. Dicha ventaja también se

30 obtiene para transbordadores ro-ro o buques portacontenedores. En este caso, se cuenta con un mayor espacio interno.

-5Está previsto, además, acorde a la invención, que el buque presente una red de alimentación normal de corriente alterna y una red de alimentación de los hidrojets de corriente continua, entre las cuales se encuentra un embrague con convertidor de corriente para poder pasar energía de una red a la otra. De este modo 5 se obtiene una red de buque global en la cual se reúnen las ventajas de una red de corriente continua, especialmente adecuada para unir entre sí los dispositivos generadores de energía en el buque, con las ventajas de una red de corriente alterna para una alimentación económica de un gran consumidor, por ejemplo, un hidrojet. Como dispositivo de suministro de energía no sólo se puede pensar en motores diesel 10 o células de combustible, sino también en turbinas de gas. Sobre todo la red de alimentación de corriente continua para los hidrojets puede ser accionada de manera muy económica. En lugar de los motores internos previstos acorde a la invención, también pueden utilizarse hélices azimutales eléctricas (POD), dispuestos detrás de los 15 talones de quilla. A su vez, también se genera la separación ventajosa acorde a la invención de los flujos de los hidrojets en el área en la cual funcionan las hélices del buque, pero, como ya se ha mencionado, el peso que debe soportar la popa es mayor. Dichos buques presentan, por ello, una denominada forma de delta, para poder soportar el peso elevado de la popa. Esto también vale en el caso de la combinación 20 de motores internos con hélices azimutales eléctricas (POD). La presente invención puede ser utilizada tanto en buques de marina como así también en el caso de yates de motor rápidos, especialmente, yates de lujo. En el caso de dichos buques, se quiere alcanzar emisiones bajas y un espacio grande en el interior del buque. Al mismo tiempo, se desea alcanzar una elevada velocidad final, 25 de modo que la ejecución acorde a la invención del buque sea muy ventajosa para ambos tipos de buque. A su vez, la comodidad puede incrementarse aún más dotando las máquinas de combustión interna y, eventualmente, los reformadores para la generación de hidrógeno para los módulos de células de combustible, de equipos de conductos de evacuación a baja presión para sus gases de escape. De este modo, se 30 alcanza una reducción casi total de emisiones y, al mismo tiempo, se incrementa la comodidad de los pasajeros y/o la tripulación. Se suprime la molestia usual originada

por gases de escape. Por ello, el concepto de propulsión y conformación de popa previsto también es muy adecuado para transbordadores rápidos. La invención se detalla a partir de los dibujos, mediante los cuales, junto con las subreivindicaciones y la descripción, se desprenden otras ventajas acordes a

5 la invención. Se muestran: FIGURA 1: la disposición esquemática de los componentes en y debajo de la popa del buque; FIGURA 2: las líneas del buque en una representación usual en la

10 construcción de buques desde la popa; FIGURA 3: las líneas del buque en una representación usual en la construcción de buques, lateral; FIGURA 4: una representación esquemática de la disposición de estator/rotor, resistente a cargas de choque, de un motor eléctrico en un

15 árbol de hélice corto; FIGURA 5: la configuración de una propulsión por hélice en forma de caja, con una propulsión POD opcional; y FIGURA 6: el principio de la configuración del fondo del buque en el área de la chaveta de guía.

20 En la figura 1, el número 1 identifica los hidrojets debajo del fondo del buque, el 2, los motores internos que accionan las hélices 3 a través de árboles de hélice cortos 8. Los motores internos 2 están dispuestos en talones de quilla 10, que junto con el cuerpo expulsor 6 en forma de chaveta, orientado con la punta hacia la popa, forman con el corte transversal en forma de V, cuerpos conductores del flujo

25 para los chorros de los hidrojets 5, que primero se expulsan desviados y luego se concentran. La entrada del agua en los hidrojets 1 está indicada con el 4. El agua expulsada por las hélices está indicada con el 9. Como se desprende ventajosamente de la figura 1, se logra que tanto las hélices se encuentren libres de los flujos de los hidrojets 7 concentrados en el centro, como así también que todo el ancho de la popa

30 del buque sea utilizada por los chorros de agua generados por las unidades de propulsión 1 y 3. Los motores eléctricos, previstos de manera opcional en la

disposición en tándem, están identificados con un 30 y los timones detrás de las hélices, con 31. En la figura 2, el 11 es el fondo del buque y el 12 la borda, que en el desarrollo de la longitud del buque se reduce en la proa según la cuaderna 13

5 representada de manera usual en la técnica de construcción de buques. El 14 identifica los talones de quilla en la cara inferior de la popa que, acorde a los contornos de cuaderna 15 trazados, se extienden hacia atrás. En total, para el especialista, el desarrollo de las cuadernas se da en la popa y a lo lago de la longitud del buque.

10 En la figura 3, el desarrollo de las líneas del buque es visible en el área de los talones de quilla, en donde el 16 representa el incremento constante del canal de flujo entre el los talones de quilla 17. El desarrollo de la cara interior y exterior de los talones de quilla se puede observar en las líneas 18 y 19. Junto con las líneas de popa de la figura 2 se obtiene una imagen clara para el especialista del desarrollo de

15 las líneas del buque en el área inferior de la popa. En la figura 4, el 20 identifica la hélice representada esquemáticamente dispuesta en el árbol de hélice 21 y que cuenta con un tope de empuje 22 entre el motor y la hélice. El estator y el rotor del motor 28, 29 están unidos a través de un cojinete de pivote 24 formando una unidad resistente a cargas de choque con las

20 unidades elásticas 26, 27. Se obtiene de este modo una disposición que impide que hagan tope las partes del motor que rotan en dirección contraria a una elevada aceleración transversal y sólo están separados por un espacio de aire. La configuración de dicho motor no es objeto de la invención y ya se conoce. Sin embargo, la utilización de la construcción conocida para los motores eléctricos

25 dispuestos acorde a la invención en los talones de quilla, es especialmente favorable, dado que, de este modo, se brinda una elevada seguridad contra choque y, con ello, la posibilidad de su utilización en buques de marina (de guerra).

En la figura 5, que representa la conformación de la caja de la unidad de propulsión, dispuesta, respectivamente, en un talón de quilla, identifica con el 32 la 30 denominada "caja", en la cual está dispuesto el motor eléctrico de propulsión 33, mediante elementos tensores extraíbles 34. De esta manera, se obtiene una mayor seguridad contra choques, a diferencia de una disposición rígida, y tras soltar los

elementos tensores 34 se puede desmontar de manera fácil y sencilla el motor junto con su alojamiento 35 en la caja 32, de modo que se prescinde un desmontaje lento del motor desde el interior del buque. También la reparación de las hélices se simplifica.

5 Dichos motores en cajas son relativamente pequeños, de modo que puede requerir un montaje de un accionamiento POD 36 debajo de la popa del buque 37 para incrementar la potencia propulsiva. En total, se alcanza una propulsión eléctrica de recambio rápido y una elevada potencia de propulsión, con un buen rendimiento, especialmente, si las hélices rotan en direcciones contrarias.

10 En la figura 6, el 40 identifica el casco del buque acorde a la invención y el 41, los talones de quilla en la cara inferior, en el área de popa. Entre los talones de quilla 41 está dispuesta una chaveta de guía 38 que se reduce en dirección a la popa. Entre los talones de quilla 41 y la chaveta de guía 38 se encuentran los canales de flujo 39, que se unen detrás de los extremos de la chaveta de guía 38. Dado que la

15 corriente sigue la superficie del buque, se obtiene así, la concentración ventajosa acorde a la invención de la corriente de hidrojets.

Claims

Reivindicaciones

1. Buque con un sistema de propulsión por motores internos con hélices (3) e hidrojets (1) que generan chorros de agua (5), en donde los motores internos están configurados como motores eléctricos (2) y los hidrojets (1) se disponen debajo del

5 fondo del buque, y en donde los motores internos eléctricos se colocan en talones de de quilla (10) en la cara inferior del buque, en donde entre los talones de de quilla

(10) se forma un canal de flujo para los chorros de agua (7) expulsados por los hidrojets (1).
2. Buque acorde a la reivindicación 1, caracterizado porque el canal de

10 flujo detrás de los hidrojets (1) se incrementa, comenzando en el área del fondo del buque, con un desarrollo continuo en dirección de la popa del buque.
3. Buque acorde a la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque el canal de flujo presenta una chaveta de guía (6) para el agua en el canal de flujo, cuya punta está orientada en dirección a la popa del buque y presenta un corte transversal

15 aproximadamente triangular.
4. Buque acorde a la reivindicación 1, 2 o 3, caracterizado porque los talones de de quilla (10) presentan un corte transversal con una forma aproximada de una gota, especialmente, inclinada hacia fuera, en donde la cara de los talones de quilla (10) orientadas al canal de flujo se extienden, aproximadamente

20 perpendiculares al fondo del buque.
5. Buque acorde a la reivindicación 1, 2, 3 o 4, caracterizado porque las hélices (3) trabajan fuera de los chorros de los hidrojets (7), dado que los chorros de los hidrojets (7) se extienden en el área central superior del canal de flujo debido al aumento del canal de flujo en dirección a la popa y al efecto de la chaveta de guía

25 (6).
6. Buque acorde a una o múltiples de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los motores internos eléctricos (2) presentan, para cada hélice (20), un motor configurado con técnica de superconductores de alta temperatura (HTS) y, en donde el motor HTS está unido a la hélice (20) a través de un árbol corto

30 y está dispuesto en el área del túnel del árbol debajo del buque.
7. Buque acorde a la reivindicación 6, caracterizado porque el motor HTS presenta una disposición estator/rotor resistente a cargas de choque como unidad, dispuesta en forma amortiguada contra choques en la carcasa del motor.
8. Buque acorde a la reivindicación 6 o 7, caracterizado porque la carcasa 5 del motor está dispuesta de modo tal que evita elásticamente la carga de choque.
9. Buque acorde a la reivindicación 6, 7 u 8, caracterizado porque el motor HTS, pero también un motor de configuración normal, está dispuesto en una caja de motor (32) dispuesta elásticamente, especialmente, colgada.
10. Buque acorde a una o múltiples de las reivindicaciones anteriores,

10 caracterizado porque los motores eléctricos (2, 30) en los talones de de quilla están configurados como motores en tándem, especialmente, como motores de árbol de hélice en tándem.
11. Buque acorde a una o múltiples de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque presenta, distribuidos en el casco del barco, módulos de

15 células de combustible y máquinas de combustión interna que generan la energía necesaria para los componentes de propulsión.
12. Buque acorde a una o múltiples de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las máquinas de combustión interna y, eventualmente, los reformadores para la generación de hidrógeno para los módulos de células de

20 combustible, presentan equipos de conductos de evacuación a baja presión para sus gases de escape.
13. Buque acorde a una o múltiples de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque presenta una red de alimentación normal de corriente alterna y una red de alimentación de los hidrojets de corriente continua, entre las cuales se

25 encuentra un embrague con convertidor de corriente para poder pasar energía de una red a la otra.
14. Buque acorde a una de las reivindicaciones anteriores 1 a 5 y 7 a 13, caracterizado porque además de los motores internos (33) presenta hélices azimutales eléctricas (36), dispuestas detrás de los talones de quilla (10).

30 15. Buque acorde a una o múltiples de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se trata de un buque de navegación de marina de guerra.
16. Buque acorde a una o múltiples de las reivindicaciones anteriores de la 1 a la 14, caracterizado porque se trata de un transbordador rápido o de un yate de lujo.
17. Buque acorde a una o múltiples de las reivindicaciones anteriores de la 5 1 a la 14, caracterizado porque se trata de un buque portacontenedores.
18. Buque acorde a una o múltiples de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por la utilización de una chaveta de guía (6) para el agua en un canal de flujo en el área del fondo del buque para la influencia horizontal o vertical de las corrientes de los hidrojets y/o las hélices.

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“Siguen 6 páginas de dibujos”