ES2374947T3 - SYSTEM OF ELECTRIC PROPULSION OF VESSEL AND VESSEL SO EQUIPPED. - Google Patents
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Abstract
Description
Sistema de propulsión eléctrica de buque y buque así equipado. Ship and ship electric propulsion system so equipped.
La presente invención se refiere a un sistema de propulsión eléctrica de buque y, más particularmente, a un sistema de propulsión para buque de gran tamaño. Se refiere asimismo a un buque así equipado. The present invention relates to a ship electric propulsion system and, more particularly, to a large ship propulsion system. It also refers to a ship so equipped.
La demanda de los armadores es, en términos de buque de pasajeros, para una función de buque de crucero, por ejemplo, es obtener unos buques cada vez de mayor tamaño, con el fin de aumentar el número de pasajeros por crucero y, al mismo tiempo, proponerles un máximo de cabinas con vistas al mar. The demand of the shipowners is, in terms of passenger ship, for a function of a cruise ship, for example, is to obtain larger and larger ships, in order to increase the number of passengers per cruise ship and, at the same time, propose a maximum of cabins overlooking the sea.
Simultáneamente, se desea realizar buques de pasajeros que tengan una velocidad de crucero por lo menos igual a 20 nudos. Simultaneously, it is desired to make passenger ships that have a cruising speed of at least 20 knots.
Actualmente, los buques de pasajeros de tipo "Panamax" o "Overpanamax", es decir unos buques capaces o no de transitar por el canal de Panamá, tienen generalmente una propulsión eléctrica con dos líneas de árbol, con unos motores que tienen una potencia respectiva de aproximadamente 20 Mvatios. Dichas potencias de propulsión por línea de árbol, combinadas con el aumento del tamaño de los buques o de la velocidad de crucero, no son suficientes para responder a la demanda de los armadores. Currently, passenger ships of type "Panamax" or "Overpanamax", that is to say ships capable or not of transiting the Panama Canal, generally have an electric propulsion with two axle lines, with motors that have a respective power of approximately 20 Mwatts. These propulsion powers per tree line, combined with the increase in the size of ships or cruising speed, are not sufficient to meet the demand of the shipowners.
Además, querer aumentar la potencia por línea de árbol plantea problemas técnicos relativos a la sobrepotencia del motor. Se enfrenta asimismo a problemas de tamaño de hélice de propulsión y de juego en el casco para el control de las vibraciones, lo cual impide un buen rendimiento propulsor y unas pulsaciones bajas. In addition, wanting to increase the power per tree line raises technical problems related to motor overpower. It also faces problems of propeller propeller size and play in the helmet for vibration control, which prevents good propellant performance and low pulsations.
Por otra parte, el aumento del tamaño del sistema de propulsión va en contra de los límites de calado de buque y del gálibo para la propulsión, con respecto a las profundidades de los puertos o de las zonas de tránsito. On the other hand, the increase in the size of the propulsion system goes against the limits of ship draft and the clearance gauge, with respect to the depths of the ports or transit areas.
Otra gran demanda de los armadores se refiere a la redundancia del sistema de propulsión, con el fin de asegurar una velocidad mínima, por ejemplo de 20 nudos, durante la pérdida temporal de uno de los elementos de propulsión. Another great demand of the shipowners concerns the redundancy of the propulsion system, in order to ensure a minimum speed, for example of 20 knots, during the temporary loss of one of the propulsion elements.
En unos buques de gran tonelaje, se ha realizado, con el fin de obtener una potencia de propulsión suficiente y necesaria, una propulsión asegurada por una combinación de varios propulsores azimutales, denominados asimismo "pods", por oposición a las propulsiones por línea de árbol. Por el término "pod", se entiende un conjunto de propulsión sumergido, exterior al casco del buque y que contiene la motorización de la propulsión. In some large tonnage ships, in order to obtain sufficient and necessary propulsion power, a propulsion secured by a combination of several azimuthal thrusters, also called "pods", as opposed to the propulsions per line of tree. The term "pod" means a submerged propulsion assembly, outside the hull of the ship and containing the propulsion motorization.
Los pods son unos productos complejos pero suficientemente desarrollados para proporcionar una potencia que alcanza hasta 30 Mvatios. Esta solución presenta la ventaja de cumplir la función de timón y la función de propulsión por la utilización de pods orientables. Además, el número más importante de propulsores permite mejorar la redundancia del sistema, en caso de funcionamiento degradado por la pérdida de uno de los elementos de propulsión. The pods are complex products but sufficiently developed to provide a power that reaches up to 30 Mwatts. This solution has the advantage of fulfilling the rudder function and the propulsion function by the use of adjustable pods. In addition, the most important number of thrusters allows to improve the redundancy of the system, in case of degraded operation due to the loss of one of the propulsion elements.
La configuración con 3 pods, a saber dos dispuestos lateralmente y uno según el eje central longitudinal del buque, no es una solución estandarizable fácilmente. En efecto, el pod "central" se sitúa en la estela del buque, de manera que su concepción es muy compleja y necesita grandes dimensiones. The configuration with 3 pods, namely two arranged laterally and one along the longitudinal center axis of the ship, is not an easily standardizable solution. In effect, the pod "central" It is located in the wake of the ship, so that its conception is very complex and needs large dimensions.
Por eso, para aumentar la potencia global de la propulsión, se pasa generalmente a una configuración con cuatro pods, para asegurar la potencia y la redundancia necesaria del sistema. Sin embargo, estas realizaciones adolecen del inconveniente de posicionarse en el límite aceptable de gálibo y de calado de los buques de grandes dimensiones. Los dos pods situados más hacia la proa del buque presentan así un riesgo importante de choque y de deterioro. Therefore, to increase the overall power of the propulsion, a configuration with four pods is generally passed to ensure the necessary power and redundancy of the system. However, these embodiments suffer from the inconvenience of positioning themselves in the acceptable limit of gauge and draft of large vessels. The two pods located more towards the bow of the ship thus present a significant risk of collision and deterioration.
La presente invención tiene por objeto un sistema de propulsión de buque que evita los inconvenientes de las soluciones anteriores, es decir que posee una redundancia que permite asegurar una velocidad mínima de crucero y que permite obtener una potencia de propulsión con unos propulsores estandarizados al máximo y compactos, por lo menos en las zonas criticas. The present invention has as its object a ship propulsion system that avoids the inconveniences of the previous solutions, that is to say that it has a redundancy that allows to ensure a minimum cruising speed and that allows to obtain a propulsion power with maximum standardized propellers and compact, at least in critical areas.
La misma tiene más particularmente por objetivo proponer un sistema de propulsión de buque, en particular de grandes dimensiones, que comprende dos pods laterales y una línea de árbol central. It is more particularly intended to propose a ship propulsion system, in particular of large dimensions, comprising two side pods and a central tree line.
Es conocido a partir de las solicitudes de patentes EP 1 329 379 y US 2005/0164574, un sistema de propulsión para buques constituido por una línea de árbol central que asegura la propulsión principal y por dos pods laterales. La propulsión de la línea de árbol central está asegurada por una alimentación diesel, asociada con una hélice de palas orientables, con el fin de responder a obligaciones de maniobrabilidad. La alimentación de los pods se realiza eléctricamente. It is known from patent applications EP 1 329 379 and US 2005/0164574, a propulsion system for ships consisting of a central tree line that ensures the main propulsion and two side pods. The propulsion of the central shaft line is ensured by a diesel feed, associated with a propeller of adjustable blades, in order to respond to maneuverability obligations. Pods are powered electrically.
Sin embargo, la combinación de alimentación eléctrica/diesel no permite optimizar una redundancia del sistema con However, the combination of power supply / diesel does not allow optimizing system redundancy with
respecto a un sistema completamente eléctrico. regarding a completely electric system.
En efecto, la avería de un grupo electrógeno que forma parte de un conjunto de varios grupos electrógenos que constituyen la red de alimentación eléctrica del buque, no es penalizante para continuar obteniendo la potencia general de funcionamiento del buque, puesto que otros grupos electrógenos de la red pueden asegurar el relevo. Por el contrario, una avería de la alimentación diesel provoca la parada por lo menos temporal del propulsor en relación con esta alimentación. In fact, the breakdown of a generator set that is part of a set of several generator sets that constitute the ship's power supply network is not penalizing for continuing to obtain the overall operating power of the vessel, since other generator sets of the network can secure the relay. On the contrary, a failure of the diesel supply causes the at least temporary shutdown of the propellant in relation to this supply.
Además, una alimentación completamente eléctrica presenta la ventaja de ofrecer una mayor flexibilidad en la configuración del buque, debido a la posibilidad de colocar los motores eléctricos a una mayor distancia y en diferentes niveles. Este no es el caso de los motores diesel, que son mucho más voluminosos. In addition, a fully electric supply has the advantage of offering greater flexibility in the configuration of the vessel, due to the possibility of placing the electric motors at a greater distance and at different levels. This is not the case with diesel engines, which are much more bulky.
Se describe por otra parte en el documento WO-A-03/066428, que se considera el estado de la técnica más próximo, un sistema de propulsión para buque que comprende una línea de árbol central y dos pods laterales traseros. In addition, WO-A-03/066428, which is considered to be the closest state of the art, is a ship propulsion system comprising a central tree line and two rear side pods.
El sistema de propulsión de la línea de árbol central está, como muestran las figuras 1A a 2B, constituido por una hélice clásica. The propulsion system of the central tree line is, as shown in Figures 1A to 2B, consisting of a classic propeller.
En cuanto a la forma de realización de las figuras 3A y 3B se trata de un dispositivo denominado "water-jet device", es decir un dispositivo instalado en el interior del casco, constituido principalmente por un conducto de aspiración por agua, por una bomba arrastrada por un árbol, por un rectificador situado corriente abajo, por una tobera aceleradora y por dispositivos de orientación y de inversión de chorro. As for the embodiment of Figures 3A and 3B, it is a device called "water-jet device", that is to say a device installed inside the helmet, constituted mainly by a water suction conduit, by a pump driven by a tree, by a rectifier located downstream, by an accelerator nozzle and by orientation and jet inversion devices.
El documento US-A-4.427.393 describe un dispositivo de propulsión para buques protegido contra los daños generados por pedazos de hielo. US-A-4,427,393 describes a propulsion device for ships protected against damage caused by pieces of ice.
La presente invención prevé por lo tanto un sistema de propulsión eléctrica de buque, en particular de grandes dimensiones, que comprende por lo menos dos pods laterales y una línea de árbol central. The present invention therefore provides for a ship electric propulsion system, in particular of large dimensions, comprising at least two lateral pods and a central tree line.
La primera gran ventaja de esta configuración es la utilización de propulsores estándar para los pods y de una línea de árbol, que se adapta fácilmente para la obtención de la potencia total requerida. The first great advantage of this configuration is the use of standard thrusters for pods and a tree line, which easily adapts to obtain the total power required.
Los dos pods laterales se encuentran de nuevo en unas disposiciones clásicas conocidas y ya aplicadas. The two side pods are once again in classic arrangements known and already applied.
Por el contrario, la línea de árbol central plantea potencialmente unos problemas con respecto a las dimensiones y a las prestaciones a alcanzar. On the contrary, the central tree line potentially poses some problems with regard to the dimensions and the benefits to be achieved.
Un primer nivel de problemas generados es de tipo vibratorio, lo cual significa que se forman vibraciones importantes debido a la perturbación de la estela por el skeg, es decir por la prolongación de la quilla del buque a nivel de la carena del espejo de popa del buque. A first level of problems generated is of the vibratory type, which means that important vibrations are formed due to the disturbance of the wake by the skeg, that is to say by the prolongation of the keel of the ship at the level of the stern mirror carousel of the vessel.
Este problema se trata clásicamente mediante unos bulbos reguladores de estela, tal como se practica en los buques con una línea de árbol tales como, por ejemplo, en los buques de transporte de gas licuado. En este caso, es necesario prever una pieza conformada en caliente compleja, costosa y voluminosa. This problem is classically treated by wake regulator bulbs, as is practiced in ships with a tree line such as, for example, in liquefied gas transport vessels. In this case, it is necessary to provide a complex, expensive and bulky hot formed part.
Un segundo tipo de problemas generados se refiere a la potencia de propulsión a alcanzar, en un volumen compacto para facilitar la integración de ésta en la estela central del buque, y con una solución estandarizable al máximo para no aumentar de forma irrazonable los costes. A second type of problems generated refers to the propulsion power to be achieved, in a compact volume to facilitate its integration into the central wake of the ship, and with a standardized solution to the maximum so as not to unreasonably increase costs.
Como se ha mencionado más arriba, la presente invención tiene así por objeto un sistema de propulsión eléctrica de buque que comprende por lo menos dos pods laterales traseros y que comprende una línea de árbol prevista de manera central según el eje del buque. As mentioned above, the present invention thus aims at a ship electric propulsion system comprising at least two rear side pods and comprising a tree line centrally provided along the axis of the ship.
Según la invención, la propulsión de dicha línea de árbol está asegurada por una bomba hélice constituida por una hélice y por una corona de alerones orientadores de flujo dispuestos corriente arriba de la hélice, rodeando una tobera el conjunto hélice/coronas de alerones. According to the invention, the propulsion of said shaft line is ensured by a propeller pump constituted by a propeller and by a crown of flow-oriented ailerons arranged upstream of the propeller, the propeller assembly / spoiler crowns surrounding a nozzle.
De esta manera, la presencia de una propulsión de tipo bomba-hélice permite evitar los problemas de dimensiones de la hélice conservando como mínimo una potencia equivalente a una hélice clásica y evitar las perturbaciones acústica y vibratoria por una orientación del flujo a la salida de la bomba-hélice, lo cual permite evitar los problemas de cavitaciones. In this way, the presence of a propulsion of the pump-propeller type makes it possible to avoid problems with the dimensions of the propeller, keeping at least a power equivalent to a classic propeller and avoiding acoustic and vibratory disturbances due to a flow orientation at the exit of the pump-propeller, which avoids cavitation problems.
La presencia de los alerones orientadores de flujo, permite evitar la necesidad de colocar un bulbo regulador para la orientación de la estela a la entrada del propulsor. En su lugar y posición, se puede realizar una pieza simple y poco costosa tal como un simple codaste alrededor del eje del árbol para una propulsión con línea de árbol central. The presence of the flow-oriented ailerons, avoids the need to place a regulating bulb for the orientation of the wake to the entrance of the propeller. In its place and position, a simple and inexpensive piece such as a simple elbow around the shaft of the shaft can be made for a propulsion with a central tree line.
Se debe observar que como tal, el principio de propulsión por bomba-hélice se aplica desde hace largo tiempo a sistemas de propulsión de submarinos, y que el posicionado de una bomba-hélice en la estela de un submarino permite obtener un mejor rendimiento que con una hélice clásica, reduciendo al mismo tiempo las perturbaciones acústicas. En It should be noted that as such, the propulsion principle by propeller pump has been applied for a long time to submarine propulsion systems, and that the positioning of a propeller pump in the wake of a submarine allows to obtain a better performance than with a classic propeller, while reducing acoustic disturbances. In
5 efecto, la bomba-hélice trabaja en caudal de líquido, mientras que una hélice clásica trabaja en empuje de líquido. In effect, the pump-propeller works on liquid flow, while a classic propeller works on liquid thrust.
Según una forma de realización preferida de la invención, los dos pods laterales son dos pods de tipo bomba-hélice tales como el descrito en la solicitud de patente WO 2005/110840. Así, todas las ventajas de este propulsor, es decir la compacidad, la potencia elevada y la supresión de los fenómenos de cavitaciones ofrecen una solución muy adaptada According to a preferred embodiment of the invention, the two side pods are two pump-propeller-type pods such as that described in patent application WO 2005/110840. Thus, all the advantages of this propellant, that is to say the compactness, the high power and the suppression of the phenomena of cavitations offer a very adapted solution
10 a los buques de grandes dimensiones. Permiten así tener más libertad sobre la forma de la carena y evitar cualquier fenómeno de "slamming" (en francés "tossage", hundimiento de carena), gracias a la inmersión del espejo de popa del buque. 10 to large ships. They allow to have more freedom on the shape of the mask and avoid any phenomenon of " slamming " (in French " tossage ", sinking of carena), thanks to the immersion of the stern mirror of the ship.
Según una forma de realización de la invención, los dos pods laterales traseros son dos pods orientables a 360º. According to an embodiment of the invention, the two rear side pods are two 360 ° orientable pods.
15 La invención se refiere asimismo a un buque equipado con un sistema de propulsión eléctrica tal como el descrito anteriormente. The invention also relates to a ship equipped with an electric propulsion system as described above.
Según un modo de realización, el juego en el casco de la hélice de la bomba-hélice es de del orden de 500 mm. According to one embodiment, the play in the helix of the propeller pump is of the order of 500 mm.
20 Ventajosamente, la tobera de la bomba-hélice central está unida al casco del buque, en particular con la ayuda de un brazo, con el fin de asegurar una absorción de esfuerzo o un sostenimiento suplementario de este propulsor, si éste está alejado del plano de buque. 20 Advantageously, the nozzle of the central propeller pump is attached to the hull of the ship, in particular with the help of an arm, in order to ensure an effort absorption or supplementary support of this propeller, if it is removed from the plane of ship
25 La lectura de la descripción siguiente pondrá más claramente de manifiesto la invención. Esta descripción, dada únicamente a título de ejemplo, hace referencia a los planos adjuntos, en los que: The reading of the following description will make the invention more clear. This description, given by way of example only, refers to the attached drawings, in which:
- --
- la figura 1 muestra de forma esquemática en vista por debajo un sistema de propulsión según la invención, Figure 1 schematically shows in view from below a propulsion system according to the invention,
30 -la figura 2 muestra una vista longitudinal de una línea de árbol central según la invención, Figure 2 shows a longitudinal view of a central tree line according to the invention,
- --
- la figura 3 es una vista tridimensional de la parte posterior de un buque, equipado con el sistema de propulsión según la invención. Figure 3 is a three-dimensional view of the rear of a ship, equipped with the propulsion system according to the invention.
35 En la figura 1, un sistema de propulsión 1 según la invención está en una vista por debajo a nivel de la parte posterior del buque. Este sistema 1 está instalado bajo la carena del espejo de popa 2, en la parte posterior del buque, y está constituido por dos propulsores laterales 3 constituidos por pods de tipo bomba-hélice, y por una propulsión central con línea de árbol 4, dispuesto según el eje central 5, longitudinal, del buque. In Figure 1, a propulsion system 1 according to the invention is in a bottom view at the level of the rear part of the ship. This system 1 is installed under the stern mirror 2, at the rear of the ship, and consists of two side thrusters 3 consisting of pump-propeller-type pods, and a central propulsion with a tree line 4, arranged along the central axis 5, longitudinal, of the vessel.
40 La línea de árbol central 4 está constituida por una bomba-hélice 6 constituida por una tobera 7 que rodea una hélice 8, por alerones orientadores de flujo 9 y por un codaste 10. 40 The central shaft line 4 is constituted by a propeller pump 6 constituted by a nozzle 7 that surrounds a propeller 8, by flow-oriented ailerons 9 and by an elbow 10.
La línea de árbol central 4 está situada en la parte posterior del plano delgado 11 del buque, plano delgado importante debido al tamaño del buque y necesario para la varada del buque. Las figuras 1, 2 y 3 ponen en evidencia la función del The central tree line 4 is located at the rear of the thin plane 11 of the ship, an important thin plane due to the size of the ship and necessary for the vessel beached. Figures 1, 2 and 3 highlight the function of
45 tubo 10 con respecto a la unión con el plano delgado 11. Así, el flujo a la salida del plano delgado 11 es reorientado a lo largo del tubo de codaste 10 para penetrar la bomba-hélice 6 sin perturbación de la estela. 45 tube 10 with respect to the connection with the thin plane 11. Thus, the flow at the outlet of the thin plane 11 is reoriented along the elbow tube 10 to penetrate the propeller pump 6 without disturbance of the wake.
Según la figura 1 están representados los dos propulsores laterales 3 dispuestos a ambos lados del eje central 5 del buque, a igual distancia de este último. Están situados más bien hacia la parte posterior del buque. Como se ha According to FIG. 1, the two lateral thrusters 3 arranged on both sides of the central axis 5 of the ship are shown, at the same distance from the latter. They are located rather towards the back of the ship. How has it
50 mencionado anteriormente, están constituidos por propulsores de pods de tipo bomba-hélice, es decir con una tobera 12 que rodea una hélice 13 y unos alerones orientadores de flujo 14 (véase la figura 3). Estos dos propulsores laterales 3 trabajan en caudal de agua. 50 mentioned above, are constituted by propellants of pump-propeller-type pods, that is to say with a nozzle 12 that surrounds a propeller 13 and flow-oriented ailerons 14 (see Figure 3). These two lateral thrusters 3 work in water flow.
En la figura 2 se observa particularmente la unión de la tobera 7 que rodea la bomba-hélice 6 de la propulsión central 4, In Fig. 2, the connection of the nozzle 7 that surrounds the propeller pump 6 of the central propulsion 4 is particularly observed.
55 al casco del buque y más precisamente al espejo de popa 2 del buque, por medio de un brazo 15. Este brazo 15 permite una repartición de los esfuerzos de sostenimiento de la propulsión central 4 que, en esta configuración, está alejada del plano delgado 11 del buque. 55 to the hull of the ship and more precisely to the stern mirror 2 of the ship, by means of an arm 15. This arm 15 allows a distribution of the support efforts of the central propulsion 4 which, in this configuration, is far from the thin plane 11 of the ship.
La figura 3 es una vista tridimensional de la parte posterior de un buque con un sistema de propulsión según la Figure 3 is a three-dimensional view of the rear of a ship with a propulsion system according to the
60 invención. Esta figura pone en evidencia la compacidad del sistema según la invención, con respecto a las dimensiones posteriores del buque, así como la posibilidad de obtener un juego en el casco relativamente pequeño con unos propulsores que proporcionan la potencia necesaria al buque y no crean perturbaciones acústicas. 60 invention. This figure shows the compactness of the system according to the invention, with respect to the subsequent dimensions of the vessel, as well as the possibility of obtaining a game in the relatively small hull with thrusters that provide the necessary power to the vessel and do not create acoustic disturbances. .
La invención no se limita a solamente las representaciones propuestas anteriormente, y se extiende a todas las demás 65 variantes que están comprendidas en el marco de las reivindicaciones The invention is not limited to only the representations proposed above, and extends to all other 65 variants that fall within the scope of the claims.
Claims (4)
- 15 4. Buque equipado con un sistema de propulsión eléctrica según una de las reivindicaciones 1 a 3. 4. Ship equipped with an electric propulsion system according to one of claims 1 to 3.
- 20 6. Buque según una de las reivindicaciones 4 ó 5, caracterizado porque la tobera (7) de la bomba-hélice (6) central está unida al casco por un brazo (15) de absorción de esfuerzo. A vessel according to one of the claims 4 or 5, characterized in that the nozzle (7) of the central propeller pump (6) is connected to the hull by a force-absorbing arm (15).
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