ES2685287B1 - Freno de imanes permanentes para lanzamiento de equipos salvavidas - Google Patents

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Description

FRENO DE IMANES PERMANENTES PARA LANZAMIENTO DE EQUIPOS SALVAVIDAS
D E S C R I P C I Ó N
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a un freno de imanes permanentes para el control de la velocidad de descenso de equipos salvavidas en situaciones de emergencia, desde sus davits de lanzamiento.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
La botadura de equipos salvavidas (botes salvavidas, botes de emergencia, balsas salvavidas, etc) desde buques u otro tipo de plataformas (muelles, estaciones petrolíferas, etc.) se realiza por medio de pescantes o davits. Dichos davits comprenden un bastidor con unos brazos superiores desde los que se encuentra suspendido el bote a través de uno o más puntos de suspensión mediante unos cabos o cables. Este bastidor puede ser pivotante, en cuyo caso pivota alrededor de un eje horizontal paralelo a la borda para retraer al bote a una posición de estacionamiento dentro de la borda o extenderlo a una posición de lanzamiento por el exterior de la borda, desde donde se botará desenrollando los cabos o cables de suspensión desde los pertinentes enrolladores (conocidos como winches en el sector técnico de la náutica, y que comprenden un conjunto de motor, reductora y tambor de arrollamiento del cable o cabo). También hay otras configuraciones en que el davit es rígido (no pivota) y en otras ocasiones la salida del barco a la posición de lanzamiento se produce por gravedad.
Dado que en grandes buques, y en otro tipo de plataformas (petrolíferas por ejemplo), la botadura del bote puede suponer su descenso o elevación desde decenas de metros de altura, equivalente a varios pisos de una edificación convencional terrestre, y que además normalmente la botadura del bote se produce con personas en su interior, es muy importante mantener una velocidad de descenso de seguridad, e implementar medios paracaídas para evitar su caída libre en caso de avería del winch o en ausencia de alimentación eléctrica (situación de “barco muerto”).
En la actualidad el control de velocidad de descenso en botadura de botes desde davits se realiza normalmente mediante frenos centrifúgales o frenos hidráulicos. Los frenos centrifúgales comprenden un estator de campana y unos ferodos montados en un rotor mediante soportes pivotantes en sentido radial, estando el rotor girando por el interior del estator de campana, de forma que según aumenta la velocidad de giro los ferodos tienden a abrirse y contactar con mayor o menor fuerza por el interior del estator de campana realizando el correspondiente frenado de forma similar a un embrague centrífugo. Tienen el inconveniente del desgaste de los ferodos, de su exposición al medio marino y por tanto requieren revisiones y sustituciones periódicas. Además, en caso de rotura del ferodo durante el funcionamiento el freno deja de funcionar y puede ocasionar la caída libre del bote. Los frenos hidráulicos comprenden una válvula reguladora de caudal que limita la cantidad de aceite que entra en el motor hidráulico que acciona el winch. Igualmente en caso de rotura de la válvula o latiguillos puede dejar de funcionar. Además en caso de rotura se produce vertido de fluido hidráulico contaminante con el consiguiente problema ambiental.
En elevación en general también se conocen unos frenos instantáneos o progresivos para aparatos elevadores, que comprenden unas cuñas de placas o rodillos accionadas en disparo por la tensión de un cable que discurre por un limitador de velocidad, que es un dispositivo centrífugo que se bloquea cuando la velocidad de rotación -correspondiente con la velocidad lineal del cable, que está unido a la cabina del elevador- supera una determinada. Esto provoca el bloqueo del movimiento del cable y el accionamiento de las cuñas. Tiene el inconveniente de la complejidad (necesita un cable auxiliar y el limitador de velocidad), así como el mantenimiento del propio limitador de velocidad
En otros sectores técnicos, por ejemplo en automoción, se conocen frenos de inducción, que comprenden básicamente unos electroimanes que generan un campo magnético en cuyo seno se mueve un rotor inducido formado a su vez por devanados arrollados sobre núcleos de material ferromagnético, de forma que alimentando en mayor o menor medida los electroimanes se genera una mayor o menor corriente inducida en el rotor y los correspondientes efectos magnéticos y de corrientes parásitas que tienden a oponerse al movimiento relativo entre rotos y estator. Tiene varios inconvenientes para su utilización en ambientes marinos: en primer lugar los devanados de cable son muy atacables por el ambiente marino (corrosión en caso de cobre) y en general propensos a rotura, mientras que su protección mediante recubrimientos estancos dificulta la disipación necesaria de calor durante el frenado lo que puede generar sobrecalentamiento y dañar su aislamiento y por tanto producir cortocircuitos o averías. En segundo lugar la necesidad de alimentación eléctrica no siempre está disponible, por ejemplo en casos de barco muerto, donde pierde toda alimentación eléctrica, obligado en el mejor de los casos a disponer de alimentación eléctrica auxiliar.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
El freno de la invención tiene una configuración que permite la utilización de frenado por inducción en lanzamiento de equipos salvavidas (por ejemplo botes salvavidas en boques o plataformas petrolíferas) sin necesidad de alimentación eléctrica del freno. Además se trata de un elemento totalmente pasivo y robusto que tiene un mantenimiento mínimo y un funcionamiento fiable prácticamente en cualquier situación.
Su principio de funcionamiento se basa en convertir la energía dinámica de frenado en calor a través de corrientes parásitas (efecto joule) inducidas magnéticamente en un cuerpo de material paramagnético (aluminio, cobre, etc). A través de cualquier camino o línea cerrada que consideremos el cuerpo existirá una variación del flujo magnético que inducirá una corriente (corrientes de Foucault) que se opondrá a dicha variación según la ley de Lenz.
De acuerdo con la invención, el freno comprende:
-dos partes coaxiales con movimiento de giro relativo entre sí (un estator y un rotor básicamente) alrededor del eje común,
-donde una primera parte comprende unos imanes permanentes, y
-donde la segunda parte comprende, al menos, un cuerpo macizo de material paramagnético adyacente a dichos imanes para que su desplazamiento relativo en el ámbito de las líneas de flujo induzca corrientes parásitas que generen fuerzas de oposición al movimiento relativo entre dichas dos partes.
En el presente documento el término adyacente indica que el cuerpo está en el ámbito de influencia de las líneas de flujo de los imanes. Igualmente, como cuerpo macizo se indica que es un cuerpo monopieza (sin devanados) aunque sí puede llevar mecanizados o perforaciones, con cualquier configuración geométrica.
Para hacerlo funcionar simplemente el operario (situado dentro del bote o equipo salvavidas estando el davit en posición de outer o lanzamiento) tira de una cuerda (u otro sistema similar) que mecánicamente (o eléctricamente) suelta el freno del motor eléctrico del winch. Una vez hecho esto, entra en funcionamiento el freno magnético que hace que el bote caiga a una velocidad controlada. Lógicamente el tipo de imanes y su posición, así como su geometría o separación, posición y fuerza, así como el tamaño y geometría del cuerpo macizo, se calculan para cada caso en función del peso y carga del bote y la velocidad de caída deseada.
Como ventajas principales de la configuración propuesta se obtienen:
-no requiere de corriente eléctrica para activar electroimanes, lo que también permite que el sistema sea mucho más compacto, sencillo y económico, consiguiendo que el equipo salvavidas caiga siempre a velocidad constante (normalmente 60m/min según normativa del sector).
- Minimiza la posibilidad de accidentes
-libre de desgaste y de mantenimiento, ya que no hay fricción por lo que no existe desgaste de componentes; además puede funcionar en condiciones adversas (como por ejemplo con humedad, con las partes manchadas o dañadas, etc.).
- también trabaja en situaciones de sobrecarga sin romperse
- eliminación del sistema hidráulico
Además, como ventajas o efectos adicionales más allá de los previstos se han encontrado los siguientes:
-además de servir para caídas de emergencia, ayuda a reducir la potencia del motor en las bajadas en modo normal si está conectado o embragado al mismo, por lo que disminuye la potencia requerida por el motor eléctrico para bajar el equipo salvavidas en funcionamiento normal, ya que ayuda a frenar la carga.
-tamaño reducido, lo que permite situarlo en la brida del motor eléctrico del winch.
- Se pueden situar varios frenos en serie para aumentar la fuerza de frenado
-se puede instalar directamente o con la interposición de un mecanismo de acoplamiento selectivo (embrague manual o automático)
-puede adoptar diseños válidos para todas las versiones de motores y reductoras
-puede fácilmente ser adaptado a diferentes tamaños, velocidades y cargas.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
La figura 1.-Muestra una vista en perspectiva de una variante del freno de la invención donde un rotor con dos primeros discos giratorios en donde van alojados los imanes se ubican a ambos lados de un estator que comprende un segundo disco de material paramagnético.
La figura 2.-Muestra una sección diametral del freno de la invención según la variante de la figura 1.
La figura 3.-Muestra un esquema de otra variante del freno de la invención con los imanes en el estator y el cuerpo macizo en el rotor.
La figura 4.-Muestra un esquema de la colocación deslizante centrifugalmente de los imanes en unas correderas en un disco giratorio de un rotor.
La figura 5.-Muestra un esquema de la colocación de los imanes en un estacionamiento y en posición de funcionamiento.
La figura 6.-Muestra una vista de la colocación del freno de la invención en un davit en posición de lanzamiento.
La figura 7.-Muestra una vista de la colocación del freno de la invención en un davit en posición de lanzamiento en una variante con el winch ubicado en la base del davit
La figura 8.-Muestra un detalle del acoplamiento del freno entre el motor y el tambor del davit
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
El freno (1) de imanes permanentes para lanzamiento de equipos salvavidas de la invención comprende (ver fig 1 y 2):
-dos partes coaxiales con movimiento de giro relativo entre sí alrededor del eje común (4), -donde una primera parte comprende de imanes (6) permanentes, y
-donde la segunda parte comprende, al menos, un cuerpo macizo (9) de material paramagnético adyacente a dichos imanes (6) para que su desplazamiento relativo en el ámbito de las líneas de flujo induzca corrientes parásitas que generen fuerzas de oposición al movimiento relativo éntrelas dos partes.
De forma muy preferente, los imanes (6) se encuentran dispuestos por parejas (5), donde cada pareja (5) comprende unos polos (7, 8) de signo opuesto enfrentados paralelamente al eje común (4) para generar líneas de flujo entre dichos polos (7, 8) opuestos, que de esta forma tendrán mayor cantidad de flujo; encontrándose el cuerpo macizo (9) de material paramagnético interpuesto entre los imanes (6) de las parejas (5).
Una de las partes puede comprender un rotor (11) que comprenda, al menos, un primer disco (12) giratorio en el que van alojados los imanes (6) permanentes, y la otra parte comprender un estator (14) donde el cuerpo macizo (9) comprende, al menos, un segundo disco (15) de material paramagnético paralelo al primer disco (12) y en el cual se inducen las corrientes parásitas. En una realización de esta variante, buscando la disposición de los imanes (6) por parejas (5), el rotor (11) comprendería, al menos, un par de primeros discos (12) giratorios paralelos enfrentados y en el que van alojados los imanes (6) permanentes con polos (7, 8) opuestos, encontrándose el segundo disco (15) perteneciente al estator (14) interpuesto entre los dos primeros discos (12) del par. Además, se podrían implementar varios pares de primeros discos (12) en cascada, aprovechando ambas caras de los mismos, y disponiendo entre ellos los correspondientes segundos discos (15).
En las figs 1 y 2 se muestra la realización más sencilla de esta variante, donde una de las partes comprende un rotor (11) que comprende un par de primeros discos (12) giratorios paralelos en los que van alojados los imanes (6) permanentes con polos (7, 8) enfrentados opuestos, y la otra parte comprende un estator (14) donde el cuerpo macizo (9) comprende un segundo disco (15) de material paramagnético interpuesto entre los primeros discos (12) y en el cual se inducen las corrientes parásitas.
Además, con el montaje de los imanes (6) en primeros discos (12), ya sea un primer disco (12), dos primeros discos (12), o más, se pueden montar los imanes (6) en los primeros discos (12) en unas correderas (16) radiales, en cuyo interior se encuentran dispuestos unos resortes (17) de empuje de los mismos hacia el interior para variar su distancia al eje común (4) en función de la velocidad de giro por efecto de la fuerza centrífuga (ver fig 4), de manera obtengan la posición de actuación más favorable más alejada radialmente cuanto mayor sea la necesidad de frenado.
Lógicamente también la invención contempla la realización alternativa, donde una de las partes comprendería un estator (24) que comprende, al menos, un primer disco (12a) donde van alojados los imanes (6), y la otra parte comprende un rotor (21) con el cuerpo macizo (9) que comprende, al menos, un segundo disco (15a) giratorio de material paramagnético y en el cual se inducen las corrientes parásitas. En la figura 3 se esquematiza una variante de esta realización, donde el estator (24) comprende, al menos, dos primeros discos (12a) fijos paralelos (dos concretamente en la figura) y el rotor (21) comprende, al menos, un segundo disco (15a) fijo de material paramagnético (uno concretamente en la figura) en el cual se inducen las corrientes parásitas, y dispuesto entre cada dos primeros discos (12).
Gracias a su pequeño tamaño y ausencia de alimentación eléctrica, idealmente freno (1) puede (ver figs 6, 7, 8) acoplarse al motor (30) del tambor (33) de lanzamiento del equipo salvavidas (31) -por ejemplo un bote salvavidas- (en davits (35) controlados por motor), para lo cual comprende unas bridas (36) en el estator, y unas chavetas (37) en el rotor para acoplarse al eje del motor (30) del winch de lanzamiento del equipo salvavidas (31) (ver fig 1). Entre el motor (30) y el tambor (33), normalmente irá ubicada una reductora (38).
Aunque en las figuras el freno magnético (1) está situado entre el motor (30) y la reductora (38), puede disponerse en cualquier lugar donde cumpla su función, si bien estas variantes no se muestran en las figuras: por ejemplo en el extremo opuesto del eje del motor si dispone de doble salida, o sacando el freno (1) de la posición axial del eje del motor (30)/ tambor (33) a través de una transmisión derivadora. Esta última opción, tiene la ventaja de que mediante una transmisión multiplicadora o desmultiplicadora, se consigue aumentar la velocidad en el freno, de forma que el motor (30) no gire a elevadas velocidades en caso de bajada de emergencia.
Para inhabilitar su funcionamiento en caso que pueda entorpecer el normal funcionamiento del tambor (33), se ha previsto que los imanes (6) puedan encontrarse recogidos (ver fig 5) en unos alojamientos de reposo (60) donde no generan corrientes parásitas por estar fuera del ámbito del cuerpo macizo (9), comprendiendo unos medios de empuje de los mismos hacia unas posiciones de funcionamiento (61) donde sí se situarán en dicho ámbito y sí se generarán estas corrientes. Dichos medios de empuje pueden comprender por ejemplo una leva (62) accionada por una palanca u otro sistema de tipo mecánico.
También se ha previsto la posible disposición de unos medios de desbloqueo entre el rotor y el eje del enrollador, para que únicamente pueda girar durante la bajada del equipo salvavidas (31), y no durante la subida, con la misma finalidad. Dichos medios de desbloqueo comprenden por ejemplo un rodamiento unidireccional (45) (utilizado como dispositivo antirretorno) que puede apreciarse en la fig 2 ubicado en el rotor (11). Dicho rodamiento unidireccional (45) se puede conceptualmente asemejar a un rodamiento de tipo rodante, con la diferencia que el movimiento rotativo entre los dos aros que la componen resulta posible sólo en una dirección. Este tipo de funcionamiento se hace posible a través de una particular construcción de los elementos rodantes mismos o de los caminos de rodadura en los que se alojan, los cuales, en el sentido de rotación "libre" preestablecido, no se oponen al movimiento entre el aro exterior e interior, mientras que, en el momento en el cual se invierte el sentido de rotación, dichos elementos se oponen al movimiento bloqueando el sistema. Con el sistema “bloqueado” las ruedas libres funcionan como un embrague permitiendo la transmisión de par motor/frenante entre eje y alojamiento.
Otros medios de desbloqueo pueden ser a través de embrague o mediante un sistema manual (por ejemplo una palanca tipo guillotina) que baje los imanes a su posición en caso de necesidad.
En cuanto a los imanes (6) permanentes comprenden idealmente imanes de neodimio, aunque puede ser cualquier tipo de imán permanente
Y en cuanto al material paramagnético comprende idealmente aluminio o cobre, aunque puede ser cualquier tipo.
Descrita suficientemente la naturaleza de la invención, se indica que la descripción de la misma y de su forma de realización preferente debe interpretarse de modo no limitativo, y que abarca la totalidad de las posibles variantes de realización que se deduzcan del contenido de la presente memoria y de las reivindicaciones.

Claims (15)

R E I V I N D I C A C I O N E S
1.-Freno (1) de imanes permanentes para lanzamiento de equipos salvavidas caracterizado porque comprende:
-dos partes coaxiales con movimiento de giro relativo entre sí alrededor del eje común (4), -donde una primera parte comprende unos imanes (6) permanentes, y
-donde la segunda parte comprende, al menos, un cuerpo macizo (9) de material paramagnético adyacente a dichos imanes (6).
2. -Freno (1) de imanes permanentes para lanzamiento de equipos salvavidas según reivindicación 1 caracterizado porque los imanes (6) se encuentran dispuestos por parejas (5), donde cada pareja (5) comprende unos polos (7, 8) de signo opuesto enfrentados paralelamente al eje común (4) para generar líneas de flujo entre dichos polos (7, 8) opuestos; encontrándose el cuerpo macizo (9) de material paramagnético interpuesto entre los imanes (6) de las parejas (5)
3. -Freno (1) de imanes permanentes para lanzamiento de equipos salvavidas según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque una de las partes comprende un rotor (11) que comprende, al menos, un primer disco (12) giratorio en el que van alojados los imanes (6) permanentes, y la otra parte comprende un estator (14) con el cuerpo macizo (9), el cual comprende, al menos, un segundo disco (15) de material paramagnético paralelo al primer disco (12) y en el cual se inducen las corrientes parásitas.
4. -Freno (1) de imanes permanentes para lanzamiento de equipos salvavidas según reivindicación 3 caracterizado porque el rotor (11) comprende, al menos, un par de primeros discos (12) giratorios paralelos y enfrentados en el que van alojados los imanes (6) permanentes con polos (7, 8) opuestos, encontrándose el segundo disco (15) perteneciente al estator (14) interpuesto entre los dos primeros discos (12) del par.
5. -Freno (1) de imanes permanentes para lanzamiento de equipos salvavidas según cualquiera de las reivindicaciones 3 o 4 caracterizado porque los imanes (6) se encuentran montados en los primeros discos (12) en unas correderas (16) radiales, en cuyo interior se encuentran dispuestos unos resortes (17) de empuje de los mismos hacia el interior para variar su distancia al eje común (4) en función de la velocidad de giro por efecto de la fuerza centrífuga.
6. -Freno (1) de imanes permanentes para lanzamiento de equipos salvavidas según reivindicación 1 o 2 caracterizado porque una de las partes comprende un estator (24) que comprende, al menos, un primer disco (12a) donde van alojados los imanes (6), y la otra parte comprende un rotor (21) con el cuerpo macizo (9) que comprende, al menos, un segundo disco (15a) giratorio de material paramagnético y en el cual se inducen las corrientes parásitas
7. -Freno (1) de imanes permanentes para lanzamiento de equipos salvavidas según reivindicación 6 caracterizado porque el estator (24) comprende, al menos, dos primeros discos (12a) fijos paralelos y el rotor (21) comprende, al menos, un segundo disco (15a) fijo de material paramagnético dispuesto entre cada dos primeros discos (12a).
8. -Freno (1) de imanes permanentes lanzamiento de equipos salvavidas según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque comprende unas bridas (36) en el estator, y unas chavetas (37) en el rotor para acoplarse al eje del motor (30) del winch de lanzamiento del equipo salvavidas (31).
9. -Freno (1) de imanes permanentes para lanzamiento de equipos salvavidas según cualquiera de las reivindicaciones 3 a 8 caracterizado porque el rotor (11,21) se encuentra conectado al motor (30) de lanzamiento del equipo salvavidas (31) a través de una transmisión multiplicadora o desmultiplicadora.
10. -Freno (1) de imanes permanentes para lanzamiento de equipos salvavidas según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque los imanes (6) se encuentran recogidos en unos alojamientos de reposo (60), comprendiendo unos medios de empuje de los mismos hacia unas posiciones de funcionamiento (61).
11. -Freno (1) de imanes permanentes para lanzamiento de equipos salvavidas según reivindicación 10 caracterizado porque los medios de empuje comprenden una leva (62) accionada por una palanca.
12. -Freno (1) de imanes permanentes para lanzamiento de equipos salvavidas según cualquiera de las reivindicaciones 3 a 11 caracterizado porque comprende unos medios de desbloqueo entre el rotor (11, 21) y el enrollador para que únicamente pueda girar durante la bajada del equipo salvavidas (31).
13.-Freno (1) de imanes permanentes para lanzamiento de equipos salvavidas según reivindicación 12 caracterizado porque los medios de desbloqueo comprenden un rodamiento unidireccional (45).
14. -Freno (1) de imanes permanentes para lanzamiento de equipos salvavidas según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque los imanes (6) permanentes comprenden imanes de neodimio
15. -Freno (1) de imanes permanentes para lanzamiento de equipos salvavidas según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque el material paramagnético comprende aluminio o cobre.
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