ES2373711T3 - AUXILIARY TIMON IN AN ELECTRIC AZIMUTAL PROPULSOR FOR QUICK NAVIGATION BOATS AND OPERATING PROCEDURE FOR THE AUXILIARY TIMON. - Google Patents
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Abstract
Description
Timón auxiliar en un propulsor azimutal eléctrico para barcos de navegación rápida y procedimiento de funcionamiento para el timón auxiliar Auxiliary rudder on an electric azimuthal propeller for fast-navigational ships and operating procedure for the auxiliary rudder
La invención se refiere a un timón auxiliar en un propulsor azimutal eléctrico, dispuesto de manera giratoria bajo la popa de un barco de navegación rápida y que sirve como timón principal para el barco, presentando el propulsor azimutal eléctrico un motor eléctrico en una carcasa, que está dispuesta en el extremo de un árbol de soporte, que está unido de manera giratoria con la popa del barco, y a un procedimiento de funcionamiento para el timón auxiliar así como a un uso particular del timón auxiliar. The invention relates to an auxiliary rudder in an electric azimuthal propeller, rotatably arranged under the stern of a fast-sailing ship and serving as the main rudder for the ship, the electric azimuthal propeller having an electric motor in a housing, which It is arranged at the end of a support shaft, which is rotatably connected to the stern of the ship, and to an operating procedure for the auxiliary rudder as well as a particular use of the auxiliary rudder.
Por el documento EP 0 901 449 B1 se conoce un timón auxiliar para un propulsor azimutal eléctrico, que está dispuesto en el borde posterior del árbol de soporte para la carcasa del motor eléctrico. En el caso de este timón auxiliar conocido es desventajoso que se encuentre en la zona de flujo con turbulencias del árbol de soporte para la carcasa del motor eléctrico y aún en parte en el flujo con turbulencias de la popa del barco. Por los motivos anteriores se ve perjudicado en su funcionamiento y desde el punto de vista mecánico también tiene que configurarse de manera especialmente estable. Además su colocación y su mecanismo de regulación son complejos. El movimiento del timón auxiliar conocido se produce de manera hidráulica. De manera global se produce una realización compleja y difícil con un funcionamiento perjudicado. Configuraciones adicionales del timón auxiliar se conocen por el documento EP 1 270 402 A1. Sin embargo, no se da a conocer un procedimiento de funcionamiento para estas configuraciones del timón auxiliar que permita un control optimizado del barco en condiciones de funcionamiento diferentes. Este documento se considera relevante para el artículo 54(3) del CPE. From EP 0 901 449 B1 an auxiliary helm is known for an electric azimuthal propeller, which is arranged at the rear edge of the support shaft for the electric motor housing. In the case of this known auxiliary rudder it is disadvantageous that it is in the turbulent flow zone of the support shaft for the electric motor housing and still partly in the turbulent flow of the stern of the ship. For the above reasons it is impaired in its operation and from the mechanical point of view it also has to be configured in a particularly stable manner. In addition its placement and its regulation mechanism are complex. The known auxiliary rudder movement occurs hydraulically. In a global way a complex and difficult realization occurs with a damaged operation. Additional configurations of the auxiliary helm are known from EP 1 270 402 A1. However, an operating procedure for these auxiliary helm configurations that allow optimized control of the ship under different operating conditions is not disclosed. This document is considered relevant for article 54 (3) of the CPE.
El documento WO 89/05262 se considera el estado de la técnica más próximo. WO 89/05262 is considered the closest state of the art.
El objetivo de la invención es indicar un procedimiento de funcionamiento para timones auxiliares en un propulsor azimutal eléctrico, que de manera particularmente ventajosa pueda ajustarse a las diferentes necesidades con respecto a su función a diferentes velocidades del barco. The object of the invention is to indicate an operating procedure for auxiliary rudders in an electric azimuthal propeller, which in a particularly advantageous manner can be adjusted to different needs with respect to its function at different boat speeds.
En el marco de la invención se prevé un procedimiento de funcionamiento para el timón auxiliar que controla los movimientos del timón auxiliar en función de la velocidad del barco. En este caso está previsto que la velocidad de regulación y/o el ángulo de regulación máximo se ajuste en función de los intervalos de velocidad. Los intervalos de velocidad son por ejemplo en primer lugar el intervalo de una navegación lenta, en segundo lugar el intervalo de navegación media y en último lugar el intervalo de navegación rápida. En estos intervalos el timón auxiliar se utiliza de manera diferente según su función específica para el funcionamiento. Within the framework of the invention, an operating procedure is provided for the auxiliary rudder which controls the movements of the auxiliary rudder according to the speed of the boat. In this case it is provided that the regulation speed and / or the maximum adjustment angle is adjusted according to the speed ranges. The speed ranges are, for example, first the slow navigation interval, secondly the average navigation interval and lastly the rapid navigation interval. In these intervals the auxiliary rudder is used differently according to its specific function for operation.
El timón auxiliar es particularmente importante en el caso de barcos para la Armada, que por ejemplo presentan chorros de agua en la zona media del barco, con los que puede controlarse e impulsarse el barco incluso con los propulsores azimutales parados. Con los propulsores azimutales parados, los timones auxiliares se hacen funcionar de manera independiente y pueden utilizarse como timones de desplazamiento rápido y como timones de apoyo para el control mediante los chorros de agua. Su función como timones de apoyo la ejercen en caso de fallar los dispositivos de rotación del propulsor azimutal. Para ello presentan de manera ventajosa conductores eléctricos separados de los motores del propulsor azimutal de modo que se obtiene un sistema de timón redundante para un barco de navegación rápida. Apoyan el control mediante los chorros de agua, el cual se alcanza por un lado mediante diferentes fuerzas de empuje a ambos lados del barco, pero también mediante aletas de control detrás de los chorros de agua. Como los chorros de agua se encuentran en gran parte en la zona media del barco, su acción de control es relativamente reducida, de modo que los timones de apoyo son de gran importancia. The auxiliary rudder is particularly important in the case of ships for the Navy, which for example have water jets in the middle area of the ship, with which the ship can be controlled and driven even with the azimuthal thrusters stopped. With the azimuthal thrusters stopped, the auxiliary rudders are operated independently and can be used as fast-moving rudders and as support rudders for control by means of water jets. Their function as support rudders is exercised in the event of failure of the azimuthal propeller rotation devices. For this, they advantageously present electric conductors separated from the azimuthal propeller motors so that a redundant rudder system is obtained for a fast-sailing ship. They support the control by means of water jets, which is reached on the one hand by different thrust forces on both sides of the ship, but also by means of control fins behind the water jets. Since water jets are largely found in the middle area of the ship, their control action is relatively small, so that the rudders are of great importance.
La invención se explica con más detalle a modo de ejemplo mediante dibujos, de los que pueden deducirse detalles adicionales, también esenciales para la invención, al igual que de las reivindicaciones dependientes. The invention is explained in more detail by way of example by means of drawings, from which additional details, also essential for the invention, can be deduced, as well as from the dependent claims.
De manera detallada muestran: In detail they show:
la figura 1 un propulsor azimutal eléctrico con timón auxiliar, presentando el propulsor azimutal un propulsor de tracción y uno de empuje, Figure 1 an electric azimuthal propeller with auxiliary rudder, the azimuthal propeller presenting a traction and a thrust propeller,
la figura 2 un corte parcial esquemático a través de un propulsor azimutal eléctrico, con un timón auxiliar dispuesto en el extremo posterior y 2 shows a schematic partial section through an electric azimuthal propeller, with an auxiliary rudder arranged at the rear end and
la figura 3 la configuración esencial de las unidades de control para el procedimiento de funcionamiento. Figure 3 the essential configuration of the control units for the operating procedure.
En la figura 1, 1 designa el lado inferior de la popa del barco y 3 el propulsor de tracción y 4 el propulsor de empuje del propulsor 7 azimutal eléctrico. Con 5 se designa la unidad base, dispuesta de manera montada, del timón 6 auxiliar, que está suspendido en una parte 2 fija. Esta realización del timón auxiliar es relativamente poco sensible a In figure 1, 1 designates the lower side of the stern of the ship and 3 the traction propeller and 4 the thrust propeller of the electric azimuthal propeller 7. The base unit, arranged in an assembled manner, of the auxiliary rudder 6, which is suspended in a fixed part 2, is designated 5. This embodiment of the helm is relatively unresponsive to
los cambios de la corriente del propulsor y desde el punto de vista mecánico tiene una alta capacidad de carga. The changes of the propeller current and from the mechanical point of view has a high load capacity.
En la figura 2, que muestra un propulsor azimutal eléctrico con un propulsor 9 de tracción, el timón 10 auxiliar está configurado como timón de palas previamente balanceado. Indicados de manera esquemática en la carcasa del propulsor 8 azimutal eléctrico están dispuestos unos devanados eléctricos, que por ejemplo se enfrían a través de la pared externa de la carcasa 8. Así se obtiene una forma especialmente delgada de la carcasa 8 del propulsor azimutal eléctrico con una turbulencia reducida del agua que fluye por el mismo. La acción del timón auxiliar es buena de manera correspondiente. In Figure 2, which shows an electric azimuthal propeller with a traction propeller 9, the auxiliary rudder 10 is configured as a previously balanced blade rudder. Schematically indicated on the electric azimuthal propeller housing 8, electric windings are arranged, which for example are cooled through the outer wall of the housing 8. Thus an especially thin shape of the housing 8 of the electric azimuthal propeller is obtained with a reduced turbulence of the water flowing through it. Auxiliary rudder action is correspondingly good.
El timón 10 auxiliar se mueve por ejemplo a través de un árbol con una rueda 12 helicoidal y un motor eléctrico con piñones 11. Estas unidades pueden disponerse de manera ventajosa en el extremo libre en la parte posterior en la carcasa 8 del propulsor azimutal eléctrico. Entre el timón 10 auxiliar y el extremo libre de la carcasa 8 se encuentra una aleta 13, conformada en el extremo de la carcasa y que ejerce una acción de estabilización en el caso de una navegación rápida en línea recta. The auxiliary rudder 10 moves, for example, through a shaft with a helical wheel 12 and an electric motor with pinions 11. These units can be advantageously arranged at the free end at the rear in the housing 8 of the electric azimuthal thruster. Between the auxiliary rudder 10 and the free end of the housing 8 is a fin 13, formed at the end of the housing and which exerts a stabilizing action in the case of rapid straight-line navigation.
En la figura 3, 13 designa la unidad de control del barco, que presenta transmisores de valores de referencia para las posiciones del timón y aletas, por ejemplo las aletas 21 al final de un chorro de agua. Los transmisores de valores de referencia están dotados de rampas y funcionan por ejemplo en función de la velocidad. La unidad de control corresponde ventajosamente al puesto habitual de la automatización de barcos y presenta controladores programables, por ejemplo del tipo SIMATIC S7, de la empresa Siemens. En está técnica también se realiza de manera ventajosa el sistema 15 de bloqueo para los componentes individuales del sistema de timón. El sistema 15 de bloqueo evita de manera fiable que la unidad 18 de control para el timón auxiliar pueda realizar un movimiento de rotación indicado mediante la flecha doble 20, cuando la unidad de control para el control azimutal controla un movimiento de rotación indicado mediante la flecha doble 19 para el propulsor azimutal completo. In Figure 3, 13 designates the control unit of the ship, which has transmitters of reference values for the positions of the rudder and fins, for example the fins 21 at the end of a water jet. The transmitters of reference values are equipped with ramps and work for example depending on the speed. The control unit advantageously corresponds to the usual position of ship automation and has programmable controllers, for example of the SIMATIC S7 type, from Siemens. In this technique, the locking system 15 for the individual components of the rudder system is also advantageously carried out. The locking system 15 reliably prevents the control unit 18 for the auxiliary rudder from performing a rotation movement indicated by the double arrow 20, when the control unit for the azimuthal control controls a rotation movement indicated by the arrow double 19 for the full azimuthal thruster.
En caso de que el barco de navegación rápida, por ejemplo en la zona media del barco, presente chorros de agua, tal como está previsto para una nueva generación de barcos para la Armada, el sistema de automatización presenta aún una unidad 16 de control para las aletas de control del o de los chorros de agua. En este caso las aletas 21 de control se controlan a través de una unidad 22, por ejemplo cuando ha fallado el propulsor azimutal eléctrico. Se entiende que las unidades de control mostradas están realizadas de manera redundante, de modo que, por ejemplo en el caso de un impacto contra un lado del barco en un barco para la Armada, la totalidad del barco aún pueda seguir controlándose e impulsándose. In the event that the fast-sailing ship, for example in the middle area of the ship, has water jets, as planned for a new generation of ships for the Navy, the automation system still has a control unit 16 for the control fins of the water jet (s). In this case the control fins 21 are controlled through a unit 22, for example when the electric azimuthal propeller has failed. It is understood that the control units shown are made redundantly, so that, for example in the case of an impact against one side of the ship on a ship for the Navy, the entire ship can still be controlled and driven.
El procedimiento de funcionamiento para un barco de navegación rápida, en particular para un barco rápido para la Armada, aunque también para barcos civiles, por ejemplo para transbordadores rápidos con impulsores por chorro de agua adicionales, se produce de la siguiente manera: The operating procedure for a fast-sailing ship, in particular for a fast ship for the Navy, but also for civilian vessels, for example for fast ferries with additional water jet impellers, occurs as follows:
La dirección del barco se controla por tres sistemas de timón diferentes. Éstos son por un lado el sistema de timón para la rotación del al menos un propulsor azimutal eléctrico, por otro lado el sistema de timón para la rotación del timón auxiliar y además el sistema de timón para las aletas de desvío en la corriente de salida de los chorros de agua, preferiblemente en la mitad del barco. Sin embargo, los chorros de agua también pueden estar dispuestos adicionalmente sin más en la popa del barco, también por encima de la línea de flotación. The ship's direction is controlled by three different rudder systems. These are on the one hand the rudder system for the rotation of the at least one electric azimuthal propeller, on the other hand the rudder system for the rotation of the auxiliary rudder and also the rudder system for the deflection fins in the output current of water jets, preferably in the middle of the boat. However, the water jets can also be arranged additionally at the stern of the ship, also above the waterline.
Normalmente el control de los sistemas de timón depende de la velocidad del barco. En el caso de una velocidad del barco relativamente baja, por ejemplo en el intervalo de desde 4 hasta 12 nudos, el barco sólo se impulsa con el impulso por propulsor azimutal eléctrico. La dirección del barco se controla a esta velocidad sólo con la rotación de los propulsores azimutales eléctricos y los impulsores azimutales dispuestos en los mismos. En este caso se bloquea ventajosamente la posición del timón auxiliar en la posición cero con respecto a la carcasa. El ángulo de rotación de los propulsores azimutales eléctricos es ilimitado y asciende a desde 0 hasta 360 grados. Normally the control of the rudder systems depends on the speed of the boat. In the case of a relatively low boat speed, for example in the range of from 4 to 12 knots, the boat is only driven with the impulse by electric azimuthal thruster. The ship's direction is controlled at this speed only with the rotation of the electric azimuthal thrusters and the azimuthal impellers arranged therein. In this case, the position of the auxiliary rudder is advantageously locked in the zero position with respect to the housing. The angle of rotation of the electric azimuthal thrusters is unlimited and amounts to 0 to 360 degrees.
En el caso de una velocidad del barco hasta un desplazamiento máximo con el único impulso mediante propulsores azimutales eléctricos, la dirección del barco se controla esencialmente con la rotación del sistema de impulso por propulsor azimutal eléctrico. El ángulo de rotación para los propulsores azimutales eléctricos está limitado en este caso y se encuentra por ejemplo en el intervalo de desde 0 hasta ± 40 grados. El timón auxiliar funciona entonces según se requiera o bien como compensador bloqueado o bien, preferiblemente al alcanzar el intervalo superior de velocidad, como timón de apoyo con una desviación con respecto al timón principal, que se forma por el propio propulsor azimutal eléctrico. Cuando el timón auxiliar y el timón principal actúan conjuntamente en una dirección se obtienen maniobras del timón más rápidas, en particular un inicio más rápido de las maniobras del timón. In the case of a boat speed up to a maximum displacement with the single impulse by means of electric azimuthal thrusters, the direction of the vessel is essentially controlled by the rotation of the impulse system by electric azimuthal thruster. The angle of rotation for electric azimuthal thrusters is limited in this case and is for example in the range from 0 to ± 40 degrees. The auxiliary rudder then functions as required either as a locked compensator or, preferably upon reaching the upper speed range, as a rudder with a deviation from the main rudder, which is formed by the electric azimuthal propeller itself. When the auxiliary rudder and the main rudder act together in one direction, faster rudder maneuvers are obtained, in particular a faster start of rudder maneuvers.
A una velocidad del barco algo superior a la velocidad que puede alcanzarse mediante los propulsores azimutales eléctricos, el barco se impulsa esencialmente por los impulsores por chorro de agua. Si bien los propulsores azimutales también rotan, sin embargo no generan el empuje esencial. La dirección del barco se controla principalmente sólo con la rotación del timón auxiliar. En el intervalo de velocidad inferior también puede ser útil la combinación del timón auxiliar con la o las aletas de desvío de los impulsores por chorro de agua para una maniobra del timón más rápida. En caso de emergencia, por ejemplo en caso de un fallo total de los propulsores azimutales eléctricos tras impactos contra la popa, la posición del timón del barco sólo puede producirse con las aletas de desvío de los impulsores por chorro de agua. At a boat speed somewhat higher than the speed that can be achieved by electric azimuthal thrusters, the ship is essentially driven by water jet impellers. While azimuthal thrusters also rotate, they do not generate the essential thrust. The direction of the ship is controlled mainly only with the rotation of the helm. In the lower speed range, the combination of the auxiliary rudder with the deflection fin (s) of the water jet impellers may also be useful for faster rudder maneuvering. In case of emergency, for example in the event of a total failure of the electric azimuthal thrusters after impacts against the stern, the position of the ship's rudder can only occur with the deflection fins of the water jet impellers.
Los impulsores azimutales del o de los propulsores azimutales eléctricos están bloqueados en su posición cero en The azimuthal impellers of the electric azimuthal thrusters are locked in their zero position in
5 caso de utilizarse el chorro de agua. Esta posición puede diferir ligeramente de la posición cero por motivos hidrodinámicos, por ejemplo en el intervalo de ± 5 grados. Así puede alcanzarse un desplazamiento en línea recta estable sin maniobras continuas de la posición del timón. 5 case of using the water jet. This position may differ slightly from the zero position for hydrodynamic reasons, for example in the range of ± 5 degrees. Thus, a stable straight line movement can be achieved without continuous maneuvering of the rudder position.
A la velocidad máxima del barco, que por regla general son velocidades del barco de más de 30 nudos, el barco se impulsa por la combinación común de impulsores por propulsor azimutal eléctrico y por chorro de agua. La dirección 10 del barco se controla entonces principalmente con la rotación de los timones auxiliares. Para maniobras de timón rápidas, por ejemplo en caso de peligro, también puede ser útil la combinación del timón auxiliar con la o las aletas de desvío de los impulsores por chorro de agua. El impulsor azimutal de los propulsores azimutales eléctricos está bloqueado ventajosamente en la posición cero en caso de un desplazamiento máximo. Esta posición también puede diferir ligeramente de la posición cero por motivos hidrodinámicos, por ejemplo en el intervalo de desde 0 hasta ± 5 At the maximum speed of the ship, which as a rule are ship speeds of more than 30 knots, the ship is driven by the common combination of impellers by electric azimuthal propeller and by water jet. The direction 10 of the ship is then controlled mainly with the rotation of the auxiliary rudders. For rapid rudder maneuvers, for example in case of danger, it may also be useful to combine the auxiliary rudder with the water jet deflector fins or fins. The azimuthal impeller of the electric azimuthal thrusters is advantageously locked in the zero position in case of maximum displacement. This position may also differ slightly from the zero position for hydrodynamic reasons, for example in the range from 0 to ± 5
15 grados. Así se obtiene un comportamiento de desplazamiento en línea recta especialmente estable. 15 degrees This results in a particularly stable straight-line travel behavior.
En el caso de maniobras portuarias, es decir, al atracar y zarpar el barco, se hacen funcionar por regla general sistemas de timón de proa y popa. En el extremo posterior del barco actúan los propulsores azimutales eléctricos. Según la dirección de empuje necesaria, el propulsor azimutal eléctrico se hace rotar mediante el impulsor azimutal en la posición correcta. El timón auxiliar está por regla general bloqueado y no puede hacerse rotar en esta In the case of port maneuvers, that is, when docking and sailing the ship, bow and stern rudder systems are operated as a rule. The electric azimuthal thrusters act at the rear end of the ship. According to the necessary thrust direction, the electric azimuthal propeller is rotated by the azimuthal impeller in the correct position. The auxiliary rudder is as a rule blocked and cannot be rotated in this
20 maniobra. En la proa del barco está previsto por regla general un sistema de timón transversal y allí genera un empuje transversal con respecto al barco en la dirección necesaria y seleccionada. 20 maneuver A transverse rudder system is generally provided on the bow of the ship and there generates a transverse thrust with respect to the ship in the necessary and selected direction.
El sistema de timón transversal es independiente de los demás impulsores y sistemas de control del barco y se acciona por regla general de manera manual mediante elementos de control, por ejemplo mediante pulsadores separados o una palanca de mando. Esta operación de accionamiento también puede bloquearse por regla general The transverse rudder system is independent of the other impellers and control systems of the ship and is generally operated manually by means of control elements, for example by separate push buttons or a joystick. This drive operation can also be blocked as a rule
25 para que no pueda ponerse en funcionamiento sin querer durante fases de navegación superiores. 25 so that it cannot be put into operation unintentionally during higher navigation phases.
En total se obtienen por tanto cuatro funciones de timón diferentes y bloqueadas en gran parte unas respecto a otras, aunque también actúan conjuntamente en parte en el mismo sentido (timón de chorro de proa, control de chorro de agua, control azimutal de los propulsores azimutales, timón auxiliar). In total, four different rudder functions are thus obtained and largely blocked from each other, although they also act in part in the same direction (bow jet rudder, water jet control, azimuthal control of azimuthal thrusters , auxiliary helm).
Claims (5)
- 3. 3.
- Procedimiento de funcionamiento según la reivindicación 1 y 2, caracterizado porque la velocidad de rotación del timón auxiliar se controla a través de rampas de velocidad de rotación, almacenadas en una unidad (14) de control del barco. Operating method according to claim 1 and 2, characterized in that the rotation speed of the auxiliary rudder is controlled through rotation speed ramps, stored in a ship control unit (14).
- 4. Four.
- Procedimiento de funcionamiento según una o varias de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el Operating procedure according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that the
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| Publication number | Publication date |
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