ES2708135T3 - Buque, en particular buque de carga, con un rotor Magnus - Google Patents

Abstract

Buque de carga, con una pluralidad de rotores Magnus (10), en donde a cada uno de la pluralidad de rotores Magnus (10) está asociado un motor eléctrico (M) excitable individualmente para el giro del rotor Magnus (10), en donde a cada motor eléctrico (M) está asociado un convertidor (U), a fin de controlar la velocidad de giro y/o la dirección de giro del motor eléctrico (M), una unidad de control central (SE), que está conectada con los convertidores (U), para el control de los convertidores (U) individuales, a fin de controlar la velocidad de giro y/o la dirección de giro de los rotores Magnus (10) respectivamente de forma independiente de los otros rotores Magnus (10), un motor eléctrico como accionamiento principal (HA) del buque, en donde al motor eléctrico (HA) está asociado un convertidor (U) para el control del motor eléctrico (HA), en donde la unidad de control (SE) en un primer modo de funcionamiento excita los rotores Magnus (10) de manera que se obtiene una propulsión máxima, en donde la diferencia de la propulsión deseada y la propulsión obtenida gracias a la rotación de los rotores Magnus (10) se aporta por el motor eléctrico (HA), en un segundo modo de funcionamiento desconecta los rotores Magnus (10) y la propulsión deseada se aporta por el motor eléctrico (HA), y en un tercer modo de funcionamiento excita los rotores Magnus (10) de manera que mediante los rotores Magnus (10) se obtiene una propulsión que es menor que la propulsión máxima de los rotores Magnus (10), en donde la diferencia de la propulsión deseada y la propulsión obtenida gracias a la rotación de los rotores Magnus (10) se aporta por el motor eléctrico (HA), y una hélice (50), que presenta un ángulo de paso ajustable y se acciona mediante el motor eléctrico (HA), un motor de combustión interna (DA), que está acoplado con un generador eléctrico (G1, G2), a fin de generar energía eléctrica, y una unidad de mando (BE) para la prescripción de la propulsión deseada, en donde en el primer modo de funcionamiento la propulsión deseada es la velocidad absoluta o relativa del buque, en donde en el segundo modo de funcionamiento la propulsión deseada se puede ajustar a través de la pendiente de paso del ángulo de paso de la hélice (50), y en donde en el tercer modo de funcionamiento la propulsión deseada es la potencia absoluta o relativa del motor eléctrico (HA).

Description

DESCRIPCION

Buque, en particular buque de carga, con un rotor Magnus

La presente invencion se refiere a un buque, en particular un buque de carga, con un rotor Magnus.

Los rotores Magnus tambien se designan como rotores Flettner o rotores de vela.

El efecto Magnus describe una aparicion de una fuerza transversal, es dedr, perpendicularmente al eje y a la direccion de afluencia, en un cilindro, que rota alrededor de su eje y que se somete a un flujo perpendicularmente al eje. El flujo alrededor del cilindro rotativo se puede interpretar como una superposicion de un flujo homogeneo y un remolino alrededor del cuerpo. Debido a la distribucion desigual del flujo global se produce una distribucion de presion asimetrica en la circunferencia del cilindro. Un buque se provee por consiguiente con rotores rotativos o giratorios, que en la direccion del viento generan una fuerza perpendicular a la direccion del viento eficaz, es decir, corregida con la velocidad maxima, que se puede usar de forma similar a la navegacion a vela para la propulsion del buque. Los cilindros dispuestos verticales rotan alrededor de su eje y el aire que afluye desde el lado fluye luego preferiblemente en la direccion de giro alrededor del cilindro debido a la friccion de la superficie. Por ello, en el lado delantero la velocidad de flujo es mayor y la presion estatica menor de modo que el buque obtiene una fuerza en la direccion hacia delante.

Un buque de este tipo se conoce ya por “Die Segelmaschine” de Claus Dieter Wagner, Ernst Kabel Verlag GmbH, Hamburgo, 1991, pag. 156. Aqrn se ha investigado si un rotor Magnus, tambien denominado rotor Flettner, se puede usar como accionamiento o accionamiento auxiliar para un buque de carga.

Por el documento US 4,602,584 se conoce un sistema de accionamiento para un buque, que presenta una disposicion de helice y timon convencional con una o varias velas de rotor. A este respecto, la generacion del avance se realiza a traves de una maquina de accionamiento convencional, que se controla mediante un control convencional, y el uso del efecto Magnus mediante las velas de rotor. La maquina de accionamiento convencional puede accionar las velas de rotor, que sin embargo tambien se pueden accionar mediante un accionamiento propio. El control de las velas de rotor se realiza mediante una unidad de control prevista sobre el puente con dos palancas, a traves de las que se puede ajustar la velocidad de giro y la direccion de giro de las velas de rotor, a fin de influir de este modo en la direccion de la fuerza de avance provocada por el efecto Magnus.

Por el documento DE 102005028447 A1 se conoce un buque con una pluralidad de rotores Magnus, en donde a cada uno de la pluralidad de rotores Magnus esta asociado un motor electrico excitable individualmente para el giro del rotor Magnus. A cada motor electrico esta asociado un convertidor, a fin de controlar la velocidad de giro y/o la direccion de giro del motor electrico.

El objetivo de la presente invencion es prever un funcionamiento economico de un buque, que se accione con rotores Magnus.

Este objetivo se consigue mediante un buque segun la reivindicacion 1 o un procedimiento segun la reivindicacion 9. Por consiguiente se preve un buque de carga, que presenta una pluralidad de rotores Magnus, una unidad de control central, asf como un motor electrico como accionamiento principal. A este respecto, los rotores Magnus se pueden excitar respectivamente individualmente por la unidad de control central en un primer modo de funcionamiento, de manera que se obtiene una propulsion maxima, en donde la diferencia de la propulsion deseada y la propulsion obtenida gracias a la rotacion de los rotores Magnus se aporta por el motor electrico. En un segundo modo de funcionamiento se desconectan los rotores Magnus por la unidad de control central y la propulsion deseada se aporta por el motor electrico.

La diferenciacion entre estos dos modos de funcionamiento es ventajosa dado que el buque segun la invencion se puede hacer funciona de forma optima segun su uso instantaneo, es decir, la marcha en mar abierto o la entrada o el atraque en un puerto, y de este modo se puede reducir el consumo de carburante del buque y por consiguiente aumentar la rentabilidad del buque. Asf se puede seleccionar el curso del buque en mar abierto segun la direccion del viento, a fin de alcanzar el objetivo de la marcha con una fuerza de propulsion que se obtenga tanto como sea posible a traves de los rotores Magnus y se pueda prescindir tanto como sea posible del accionamiento principal. A este respecto se garantiza simultaneamente, que en situaciones en las que el curso del buque no se puede seleccionar segun la direccion del viento, la propulsion del buque se produce, dado que luego se usa completamente el accionamiento principal y estan desconectados los rotores Magnus.

Segun la invencion la unidad de control controla los rotores Magnus en un tercer modo de funcionamiento, de manera que mediante los rotores Magnus se obtiene una propulsion que es menor que la propulsion maxima de los rotores Magnus, en donde la diferencia de la propulsion deseada y la propulsion obtenida por la rotacion de los rotores Magnus se aporta por el motor electrico. A traves de este modo de funcionamiento se eleva la rentabilidad del buque segun la invencion, dado que en situaciones en las que se pueden usar los rotores Magnus, no obstante, el curso del buque no se puede optimizar respecto a su efecto, aun asf se puede realizar un apoyo de la propulsion del buque, si la direccion de incidencia del viento en combinacion con el curso dado del buque genera una fuerza de propulsion. De esta manera en este modo de funcionamiento se puede conseguir un apoyo del accionamiento principal mediante los rotores Magnus, de modo que tambien se puede ahorrar aqu carburante.

Segun la invencion el buque de carga presenta segun la invencion ademas una helice, que presenta un angulo de paso ajustable y se acciona por el motor electrico. El buque tambien presenta un motor de combustion interna, que esta acoplado con un generador electrico para generar energfa electrica. El buque presenta ademas una unidad de mando para la prescripcion de la propulsion deseada. A este respecto, la propulsion deseada en el primer modo de funcionamiento es la velocidad absoluta o relativa del buque, en el segundo modo de funcionamiento la pendiente de paso de la helice y en el tercer modo de funcionamiento la potencia absoluta o relativa del motor electrico.

A este respecto es ventajoso que la facilidad de manejo del buque segun la invencion se puede aumentar mediante la prevision de una unidad de mando, en la que segun el modo de funcionamiento del buque se pueden efectuar prescripciones diferentes de la propulsion. Por ello esto es ventajoso, ya que en cada modo de funcionamiento se efectua una valoracion adicional de la medida de la propulsion. Asf en un proceso de maniobra, p. ej. en un puerto, es ventajoso ajustar la medida del movimiento hacia adelante o hacia atras mediante la pendiente de paso de la helice, dado que de este modo se puede controlar muy finamente y con solo bajo retardo temporal el movimiento hacia adelante y hacia atras. Por otro lado se puede predeterminar de forma absoluta o relativa la velocidad deseada en alta mar de forma claramente mas grafica para el personal del buque.

Segun un aspecto de la invencion, la unidad de control obtiene una velocidad del viento, una direccion del viento, un objetivo predeterminado del buque y/o informaciones de navegacion de una unidad de navegacion. Esto es ventajoso dado que de este modo estan a disposicion del control del buque las informaciones necesarias para calcular un curso del buque.

Segun otro aspecto de la invencion, la unidad de control controla la velocidad de giro y/o la direccion de giro de los rotores Magnus en funcion de la velocidad del viento, la direccion del viento, el curso predeterminado y/o las informaciones de navegacion de la unidad de navegacion. A este respecto es ventajoso que se pueda conseguir un efecto optimo de los rotores Magnus para la generacion de la propulsion del buque y de este modo reducirse simultaneamente el consumo de carburante del buque.

Segun un aspecto de la invencion, la unidad de control usa, para la determinacion de la velocidad de giro y/o la direccion de giro de los rotores Magnus, curvas caractensticas que estan previstas en la unidad de control. Mediante el uso de estas curvas caractensticas, que pueden estar previstas individualmente para cada rotor Magnus, se puede optimizar la propulsion para cada rotor Magnus individual, dado que se conoce su comportamiento durante la generacion de la fuerza de propulsion en funcion de la velocidad de giro y direccion de giro y velocidad del viento. Estas curvas caractensticas se pueden determinar individualmente o tambien conjuntamente mediante calculo o mediante mediciones para cada rotor Magnus.

Segun otro aspecto de la invencion, la unidad de control determina, en funcion de la velocidad del viento, la direccion del viento, el objetivo predeterminado y/o las informaciones de navegacion, un curso en el que es maxima la propulsion obtenida gracias a la rotacion de los rotores Magnus. De este modo se puede maximizar la propulsion generada por los rotores Magnus, dado que el control se orienta esencialmente a las relaciones del viento durante la determinacion del curso y lo usa de forma optima, por lo que el buque segun la invencion navega a vela tanto como sea posible hacia el objetivo y por consiguiente tambien se minimiza la propulsion que se genera por el accionamiento principal mediante el consumo de carburante.

Segun un aspecto de la invencion, la unidad de control controla el buque asf a fin de adoptar el curso determinado en el que es maxima la propulsion obtenida gracias a la rotacion de los rotores Magnus. De esta menara se le puede dejar la seleccion y realizacion del curso al control, en tanto que este determina y tambien realiza un curso optimo para el uso de la fuerza de propulsion mediante los rotores Magnus, a fin de siempre reaccionar inmediatamente de este modo a las relaciones del viento variables, en particular a una modificacion de la direccion del viento, y optimizar de este modo los ahorros de carburante.

Segun otro aspecto de la invencion, la unidad de control calcula para cada modo de funcionamiento el consumo del carburante del motor de combustion interna, compara este consumo con el consumo de otro buque comparable respecto a su tamano y emite el consumo calculado y el resultado de la comparacion. De este modo se puede evaluar por el personal del buque o tambien otros receptores de esta informacion, que tambien se puede transmitir mediante transmision de datos, p. ej. inalambrica a receptores fuera del buque, la rentabilidad del buque segun la invencion.

Segun otro aspecto de la invencion esta prevista una pluralidad de motores de combustion interna, que estan acoplados respectivamente con un generador electrico de una pluralidad de generadores, a fin de generar energfa electrica. Ademas, la unidad de control conecta tantos motores de combustion interna de la pluralidad de motores de combustion interna para el aporte de una energfa electrica requerida de modo que al menos se genere la energfa electrica requerida por parte de los generadores correspondientes, y desconecta tantos motores de combustion interna de la pluralidad de motores de combustion interna de modo que se minimice el consumo de carburante por parte de los motores de combustion interna. De esta manera se pueden prever varios motores de combustion interna mas pequenos en lugar de un unico motor de combustion interna grande. Esto es ventajoso dado que en lugar de un funcionamiento del un motor de combustion interna grande se pueden desconectar temporalmente los motores de combustion interna mas pequenos segun la potencia requerida y por consiguiente cuidarse con respecto a su desgaste. Ademas, en el caso de un dano o avena de uno de los motores de combustion interna mas pequenos, este se puede desconectar y reparar o sustituir, sin que se limite de este modo el funcionamiento de los motores de combustion interna restantes.

A continuacion se explican mas en detalle ejemplos de realizacion y ventajas de la invencion en referencia a las siguientes figuras:

la fig. 1 muestra una vista en perspectiva de un buque segun un primer ejemplo de realizacion;

la fig. 2 muestra un diagrama de bloques de un control del buque segun el primer ejemplo de realizacion segun la fig.

1;

la fig. 3 muestra una representacion esquematica de un sistema de generacion para energfa electrica;

la fig. 4 muestra una representacion esquematica de otro sistema de generacion para energfa electrica;

la fig. 5 muestra una vista en perspectiva del buque segun el primer ejemplo de realizacion con partes de control segun la fig. 2,

la fig. 6 muestra una vista de una unidad de mando del buque segun el primer ejemplo de realizacion.

La fig. 1 muestra una representacion esquematica de un buque segun un primer ejemplo de realizacion. A este respecto, el buque presenta un casco que se compone de una zona subacuatica 16 y una zona sobre el agua 15. Ademas, el buque presenta cuatro rotores Magnus 10 o rotores Flettner 10, que estan dispuestos en las cuatro esquinas del casco y estan configurados preferentemente de forma cilmdrica. Los cuatro rotores Magnus 10 representan en este caso accionamientos accionados por el viento para el buque segun la invencion. El buque presenta una caseta de cubierta 40 dispuesta en proa con un puente 30. El buque presenta una helice 50 por debajo del agua. Para una maniobrabilidad mejorada el buque puede presentar igualmente timones de chorro transversal, en donde preferentemente uno esta previsto en la popa y uno a dos timones de chorro transversal en la proa. Preferentemente estos timones de chorro transversal estan accionados electricamente. Los alojamientos, cocina de buque, cuartos de vfveres, camaras de oficiales, etc. estan dispuestos en la caseta de cubierta 40. En este caso la caseta de cubierta 40, el puente 30 asf como todas las construcciones adicionales por encima de la cubierta de intemperie 14 presenta una forma aerodinamica, a fin de reducir la resistencia al viento. Esto se consigue en particular porque se evitan esencialmente las aristas vivas y construcciones adicionales de arista viva. Para minimizar la resistencia al viento y conseguir una forma aerodinamica se preven las menos construcciones adicionales posibles.

La fig. 2 muestra un diagrama de bloques de un control del buque segun el primer ejemplo de realizacion de la fig. 1. Cada uno de los cuatro rotores Magnus 10 presenta un motor M, asf como un convertidor U separado. Los convertidores U estan conectados con una unidad de control central SE. Un accionamiento diesel DA esta conectado con un generador G a fin de generar energfa electrica. A este respecto, en lugar de un accionamiento diesel DA tambien puede estar conectado un conjunto de varios accionamientos diesel DA individuales con el generador G o un numero correspondiente de generadores G individuales, que ponen a disposicion respectivamente la misma potencia hacia fuera observado como un todo, que un gran accionamiento diesel DA o generador individual correspondientemente. Los convertidores U correspondientes estan conectados con el generador G. Ademas se muestra un accionamiento principal HA, que esta conectado igualmente con un motor electrico M, que esta conectado de nuevo con un convertidor de frecuencia U separado tanto con la unidad de control SE como tambien con el generador G. Los cuatro rotores Magnus 10 se pueden controlar en este caso tanto individualmente como tambien independientemente entre st

El control de los rotores Magnus 10 asf como del accionamiento principal HA se realiza mediante la unidad de control SE, que a partir de las mediciones de viento actuales (velocidad del viento, direccion del viento) E1, E2, asf como mediante las informaciones de velocidad de marcha de consigna y real E3 (asf como opcionalmente mediante informaciones de navegacion de una unidad de navegacion NE) determina la velocidad de giro y direccion de giro correspondiente para el rotor Magnus 10 individual asf como el accionamiento principal HA, a fin de conseguir una fuerza de propulsion deseada. La unidad de control SE regula hacia abajo la instalacion de accionamiento principal HA de forma continua, en funcion de la fuerza de empuje de los cuatro rotores Magnus 10, asf como la velocidad del buque actual y el valor de consigna de la velocidad, en tanto que se requiere. Asf la potencia de la energfa eolica se puede convertir directamente y automaticamente en un ahorro de carburante. Mediante el control independiente de los rotores Magnus 10 se puede controlar el buque tambien sin accionamiento principal HA. En particular mediante control correspondiente de los rotores Magnus 10 correspondientes se puede conseguir una estabilizacion del buque en el caso de una fuerte marejada.

Ademas se pueden prever uno o varios timones de chorro transversal QSA, a fin de mejorar la maniobrabilidad del buque. En este caso pueden estar previstos un timon de chorro transversal QSA detras, asf como uno a dos timones de chorro transversal QSA delante en el buque. A cada timon de chorro transversal QSA estan asociados un motor M para el accionamiento asf como un convertidor U. El convertidor U esta conectado de nuevo con la unidad de control central SE y el generador G. Por consiguiente los timones de chorro transversal (solo se muestra uno en la fig. 2) se pueden usar igualmente para el control del buque, dado que estan conectados con la unidad de control central SE (a traves del convertidor U). Los timones de chorro transversal QSA se pueden excitar respectivamente individualmente respecto a su velocidad de giro y direccion de giro por la unidad de control central SE. A este respecto, el control se puede realizar segun se describe arriba.

La fig. 3 muestra una representacion esquematica de un sistema de generacion para energfa electrica. El sistema de generacion segun la fig. 3 se puede integrar en el control segun la fig. 2. A modo de ejemplo estan representados dos accionamientos diesel o motores de combustion interna DA con generadores electricos G1, G2 postconectados. Los gases de escape de los accionamientos diesel DA se evacuan en el tubo de gases de escape 110 y se le suministran a una unidad de postcombustion NV. En esta unidad de postcombustion NV se queman los componentes de los gases de escape todavfa no quemados en los accionamientos diesel DA y a traves de un intercambiador de calor WT postconectado se retira este calor de combustion, pero tambien una parte considerable del calor del gas de escape, a este y se usa para el accionamiento de otro generador G3, que genera energfa electrica adicional a partir de este calor. Por consiguiente los accionamientos diesel DA se solicitan correspondientemente menos y su consumo de carburante es correspondientemente menor. Los gases de escape tratados posteriormente se pueden expulsar a continuacion a traves de una chimenea 112. La energfa electrica generada por los generadores G1 a G3 se le puede suministrar, segun se muestra en la fig. 2, al motor M del accionamiento principal HA a traves de una red electrica de a bordo. Adicionalmente los convertidores U y los motores electricos M de los rotores Magnus 10 se puede alimentar con energfa electrica a traves la red de a bordo. La red de a bordo se puede usar ademas para garantizar la alimentacion de energfa electrica del buque.

La fig. 4 muestra una representacion esquematica de otro sistema de generacion para energfa electrica. A este respecto, los elementos representados del sistema de generacion para energfa electrica y sus referencias se corresponden con los de las fig. 3. En esta forma de realizacion esta prevista una turbina de vapor DT alternativamente a la unidad de postcombustion NV y el intercambiador de calor WT. Sin embargo, esta turbina tambien se puede prever junto con la unidad de postcombustion NV y el intercambiador de calor WT de la fig. 3. A este respecto, los gases de escape de los accionamientos diesel DA se le suministran a la turbina de vapor DT a traves del tubo de gases de escape 110. Esta usa los gases de escape calientes para la generacion del vapor de agua sobrecalentado, con el que se acciona una turbina para la generacion de energfa electrica. Los gases de escape enfriados en la turbina de vapor DT se expulsan luego a traves de una chimenea 112. La energfa electrica asf obtenida se alimenta luego en la red de a bordo del buque y se puede poner a disposicion asf igualmente del accionamiento principal HA, los timones de chorro transversal ^q S^a y/o los motores M de los rotores Magnus 10 asf como otros consumidores en la red de a bordo.

La fig. 5 muestra una vista en perspectiva del buque segun el primer ejemplo de realizacion con las partes del control segun la fig. 2. Estan representadas la unidad de control SE para la excitacion del accionamiento diesel DA y del generador G. Otros dispositivos del control segun la fig. 2 no estan representados para la mejora de la disposicion clara. La unidad de control SE esta conectada con una unidad de mando BE, que puede estar dispuesta p. ej. sobre el puente del buque. A traves de esta unidad de mando BE se pueden efectuar entradas a traves del personal del buque en la unidad de control SE. La unidad de mando BE puede presentar las posibilidades de entrada, como un teclado o una pantalla tactil. Asimismo puede estar previstos los botones para el apriete o giro, teclas, interruptores, palancas o similares como medios de entrada. Estos pueden estar marcados ffsicamente y/o estar representados virtualmente p. ej. sobre una pantalla tactil. Tambien es posible efectuar entradas a la unidad de control SE mediante entrada de voz, p. ej. a traves de un microfono. Ademas, mediante la unidad de mando BE tambien se pueden mostrar y emitir informaciones y mensajes de la unidad de control SE, p. ej. opticamente sobre elementos de visualizacion como pantallas o monitores, acusticamente a traves de altavoces, etc. como tonos de senales o de aviso o comunicados hablados o tambien mediante impresoras o plotters como impresion de papel o similares.

La fig. 6 muestra una vista de una unidad de mando del buque segun el primer ejemplo de realizacion. Esta representado un asf denominado telegrafo TG, segun se puede usar en buques para la prescripcion p. ej. de una velocidad del buque o de un numero de revoluciones del accionamiento. A la derecha junto a ello esta dispuesto un teclado con una hilera vertical de teclas T1 para la entrada de un modo en el que se pone el buque debido al apriete de esta tecla. A la derecha junto a la hilera vertical de las teclas T1 esta dispuesto en paralelo una hilera vertical de indicadores A1, que estan asociados a las teclas T1 correspondientes y muestran si la tecla T1 correspondiente se acciona y por consiguiente se selecciona el modo correspondiente. Ademas, mas a la derecha esta dispuesta una segunda hilera vertical de teclas T2, a traves de cuyo accionamiento se seleccionan un modo de funcionamiento correspondiente de un modo. A este respecto estos modos de funcionamiento representan subfunciones de un modo o tambien de varios modos. La seleccion de un modo de funcionamiento a traves de las teclas T2 se muestra respectivamente por un indicador integrado en la tecla T2.

A traves de la unidad de mando BE se pueden controlar entre otros las entradas como el curso del buque o el ajuste del timon, la velocidad del buque, el numero de revoluciones de la helice 50 a traves del telegrafo TG o entradas como el uso de los timones de chorro transversal QSA, la conexion y desconexion del accionamiento diesel DA y similares a traves de las teclas T1 y/o las teclas T2. Entradas de este tipo se pueden efectuar como prescripciones manuales en un modo manual por parte del personal del buque o tambien se componente de secuencias automaticas del control en distintos modos automaticos del control.

Para aprovechar las posibilidades del buque segun la invencion para un funcionamiento economico se requiere un control, que usa de forma optima las distintas posibilidades de la generacion de energfa electrica, asf como su conversion en la fuerza de propulsion del buque. A este respecto los dispositivos representados en las fig. 2 a 4 para la generacion de energfa electrica, asf como los dispositivos para la generacion de la fuerza de propulsion del buque bajo absorcion de energfa electrica se pueden resumir como sigue:

- Dispositivos para la generacion de energfa electrica:

• Accionamiento DA con generador; y

• Unidad de postcombustion NV e intercambiador de calor WT o turbina de vapor DT para gases de escape del accionamiento diesel DA.

- Dispositivos para la generacion de la fuerza de propulsion del buque bajo absorcion de energfa electrica:

• Accionamiento principal HA, es decir, helice 50 con motor M y convertidor U;

• Rotor Magnus 10 con motor M y convertidor U.

Los timones de chorro transversal QSA con motor M y convertidor U absorben igualmente energfa electrica, no obstante, generan por ello una fuerza dirigida transversalmente a la direccion de marcha del buque. Dado que esta fuerza transversal no esta dirigida hacia la propulsion del buque, los timones de chorro transversal QSA quedan desatendidos en este listado.

Para el aprovechamiento de las posibilidades del buque segun la invencion para un funcionamiento economico se preve hacer funcionar el buque en distintos modos automatizados. Cada uno de estos modos esta previsto para un tipo determinado del funcionamiento del buque. Entre estos modos automatizados se puede conmutar por parte del personal del buque mediante la unidad de mando BE, asimismo entre un modo manual y el modo automatizado. A este respecto, en el caso de una avena tambien se puede realizar una desconexion automatica del modo automatizado por parte del control, de modo que entonces en el modo manual el buque se puede hacer funcionar ademas de forma segura bajo el control del personal del buque. En todos los modos los desarrollos correspondientes estan depositados en el control como secuencias automatizadas.

Como un primer modo puede estar previsto un modo de puerto (“Harbour-Mode"), en el que el buque se situa en un puerto en el muro de muelle, para p. ej. cargarse o descargarse. En este modo de puerto no esta prevista ninguna marcha del buque, es decir, el accionamiento principal HA o la helice 50 y los timones de chorro transversal QSA estan apagados. Asimismo los motores de los rotores Magnus 10 estan desconectados, dado que no se necesita o se debe generar ninguna fuerza de propulsion. Por consiguiente el modo de puerto esta determinado porque el buque no presenta una fuerza de propulsion. Mediante la unidad de control SE se puede hacer funcionar el o un accionamiento diesel DA, a fin de alimentar con energfa electrica la red de a bordo p. ej. para el funcionamiento de la unidad de control SE misma, la unidad de mando BE, asf como la alimentacion electrica de las cabinas y cocina del buque, gruas propias del buque u otros dispositivos de carga, compuertas del espacio de carga, instalaciones de iluminacion, etc. A este respecto, un unico accionamiento diesel DA previsto en el buque se puede hacer funcionar con una potencia correspondientemente baja o estar desconectados varios accionamientos diesel DA de una pluralidad de accionamientos diesel DA, mientras que estan conectados un accionamiento diesel DA o varios accionamientos diesel DA de una pluralidad de accionamientos diesel DA.

Un segundo modo puede ser un modo de manobra (“Maneuver-Mode"). Este se usa para maniobrar dentro de un puerto, una esclusa, una atarazana, un no o canal estrecho o similares, es decir, liberar el buque p. ej. del muro de puerto o pared de esclusa o atracar en estos o mover el buque a una distancia cercana a obstaculos. Para ello junto al accionamiento principal HA o helice 50 se pueden usar los timones de chorro transversal QSA, si estos estan previstos en el buque. Por ello en el modo de maniobra se pueden hacer funcionar igualmente al menos un accionamiento diesel DA o eventualmente varios accionamientos diesel DA de una pluralidad de accionamientos diesel DA, si los varios accionamientos diesel DA estan previstos para la facilitacion comun de la energfa electrica requerida en el modo de maniobra. Ademas, en el modo de maniobra se puede alimentar todos los dispositivos a traves de la red de a bordo, que estan previstos tambien en el modo de puerto.

Como un tercer modo puede estar previsto un modo de no (“River-Mode”). Este modo se puede aplicar en aguas mas anchas, como un canal ancho, p. ej. el canal del Kiel (Nord-Ostsee-Kanal), un no ancho navegable o en aguas proximas a la costa y rutas de navegacion. En estas situaciones no esta prevista una maniobra lateral, por lo que estan desconectados los timones de chorro transversal QSA. Ademas se puede partir de que en el modo de no se pueden mantener el curso y velocidad del buque a lo largo de intervalos de tiempo mas largos, al contrario que en el modo de maniobra, que esta marcado por la corta vida de sus acciones de maniobra. Por consiguiente en el modo de no los rotores Magnus 10 se pueden hacer funcionar para obtener una parte de la fuerza de propulsion necesaria a traves de estos y bajar correspondientemente el accionamiento principal HA o la helice 50. No obstante, en este caso se limita el uso de los rotores Magnus 10, de modo que la fuerza de propulsion generada por los rotores Magnus 10 no sobrepasa una relacion determinada respecto a la fuerza de propulsion generada por el accionamiento principal HA. Esto se puede realizar p. ej. a traves de una limitacion de velocidad de giro de los rotores Magnus 10.

A este respecto se debe atender a que en este modo de no la maniobrabilidad del buque esta claramente limitada por la estrechez del no, del canal o de la ruta de navegacion o la cercama a la costa, a aguas poco profundas u a otras embarcaciones, de modo que el curso del buque no se puede seleccionar a voluntad y orientarse en la direccion del viento para la optimizacion del efecto Magnus. Por consiguiente en el caso de una direccion de incidencia del viento favorable se puede obtener una parte de la fuerza de propulsion mediante los rotores Magnus 10, no obstante, el curso del buque solo se puede adaptar ligeramente a la direccion del viento. Por ello solo se puede conseguir parcialmente una fuerza de propulsion mediante los rotores Magnus 10, que descarga el accionamiento principal HA o la helice 50 y reduce de este modo el consumo de energfa del accionamiento diesel DA. Si se puede obtener una parte de la fuerza de propulsion de los rotores Magnus 10, entonces el unico accionamiento diesel DA se puede hacer funcionar con una potencia correspondientemente menor o se pueden desconectar algunos accionamientos diesel DA de una pluralidad de accionamientos diesel DA y hacerse funcionar algunos accionamientos diesel DA de la pluralidad de accionamientos diesel DA para la facilitacion de una potencia conjunta menor.

Ademas, en este tercer modo de no tambien se puede usar la unidad de postcombustion NV y el intercambiador de calor WT o la turbina de vapor DT para el uso de los gases de escape del accionamiento diesel DA, dado que solo en el caso de un funcionamiento continuo del accionamiento diesel DA, es decir, en un estado de funcionamiento estacionario, merece la pena el coste del arranque y funcionamiento de la unidad de postcombustion NV y el intercambiador de calor WT o la turbina de vapor DT y genera mas energfa electrica de la que se requiere para el arranque y funcionamiento mismo.

Otro cuarto modo se designa como modo de mar (“Sea-Mode"). Este esta previsto para la marcha en alta mar, es decir, como marcha libre sin obstaculos alrededor de los que se deba navegar. En este cuarto modo de mar se puede usar optimamente la generacion de la fuerza de propulsion mediante los rotores Magnus 10, dado que el curso del buque se puede orientar en la direccion de incidencia del viento, es decir, que mediante la eleccion del curso del viaje se puede conseguir una direccion de incidencia del viento transversalmente a la direccion longitudinal del buque para la optimizacion de la fuerza de propulsion a partir de los rotores Magnus 10. Para la consecucion de una fuerza de propulsion optima, provocada por los rotores Magnus 10, los rotores Magnus 10 se accionan en este cuarto modo de mar con toda su velocidad de giro. Ademas, debido a las relaciones de accionamiento estacionarias se puede hacer funcionar la unidad de postcombustion NV y el intercambiador de calor WT o la turbina de vapor DT para el uso de los gases de escape del accionamiento diesel DA con toda su capacidad de potencia. De este modo, en este cuarto modo de mar con relaciones del viento correspondientemente apropiadas es posible bajar la potencia del accionamiento diesel DA o desconectar un numero correspondiente de accionamientos diesel DA de la pluralidad de accionamientos diesel DA y de este modo ahorrar carburante en la medida en que se puede obtener la fuerza de propulsion deseada de los rotores Magnus 10. A partir de la potencia restante del accionamiento diesel DA o de los accionamientos diesel DA se puede obtener ademas energfa electrica mediante la unidad de postcombustion NV y del intercambiador de calor WT o de la turbina de vapor DT. Los timones de chorro transversal QSA estan desconectados en este modo.

En este cuarto modo de mar el curso se puede determinar esencialmente libremente. A este respecto se pueden observar evidentemente otras embarcaciones. Pero en un reconocimiento temprano de estos otros usuarios de trafico, asf como en el caso del conocimiento de la region mantima se puede aplicar ya de forma temprana un curso que excluye las colisiones de forma segura y por tanto permite una seleccion libre del curso que se orienta a las relaciones de viento predominantes. Asf este curso casi libremente seleccionable se puede usar para una optimizacion del comportamiento de funcionamiento desde distintos puntos de vista:

- Modo de funcionamiento para la optimizacion del ahorro de tiempo (“Time-Safe-Mode")

En este caso tiene la maxima prioridad en la eleccion del curso el alcanzar lo mas rapidamente posible el puerto objetivo. Por ello se selecciona un recorrido lo mas directo posible hacia el puerto objetivo y alcanza la velocidad deseada de forma decisiva con el accionamiento principal HA o la helice 50. Se produce un apoyo de la fuerza de propulsion mediante el funcionamiento de los rotores Magnus 10, si con el curso predeterminado se produce una fuerza de propulsion debido a la direccion del viento. Sin embargo, no se realiza expresamente una orientacion del curso para la consecucion de una fuerza de propulsion mediante los rotores Magnus 10. En otras palabras, en este modo de funcionamiento del modo de mar el curso se determina como en un buque convencional en virtud de la brevedad del recorrido y entonces se consigue un apoyo de la fuerza de propulsion mediante los rotores Magnus 10 solo si esto se produce al azar a partir de la direccion del viento en combinacion con el curso predeterminado del buque.

- Modo de funcionamiento para la optimizacion de los costes (“Cost-Safe-Mode")

En este modo de funcionamiento la orientacion y calculo del curso se realiza de manera que los costes de funcionamiento se comparan con los costes de plazo. Entre los costes de funcionamiento cuentan entre otros el consumido de carburante de los accionamientos diesel DA. Asf se predetermina un curso de manera que p. ej. se puede respetar un plazo de forma segura, es decir, que el puerto objetivo se alcanza puntualmente, no obstante, simultaneamente se aprovecha el tiempo restante para ello mediante una adaptacion de la velocidad o una optimizacion del uso de la fuerza de propulsion mediante los rotores Magnus 10. En otras palabras no se circula mas rapido de lo necesario, a fin de bajar el consumo de carburante y por ello alcanzar puntualmente el objetivo para la prevencion de una penalizacion por plazo o similares.

- Modo de funcionamiento para la optimizacion del consumo de carburante (“Fuel-Safe-Mode")

En este modo de funcionamiento del modo de mar se optimiza el curso mediante el control, de manera que la fuerza de propulsion se genera en la medida de lo posible mediante los rotores Magnus 10 y el accionamiento diesel DA se puede bajar ampliamente, por lo que se puede conseguir un ahorro de carburante lo mayor posible. En este modo de funcionamiento el curso se orienta por ello, en tanto que lo permite el puerto objetivo, la region mantima y el trafico de navegacion, con la direccion del viento, a fin de conseguir siempre una direccion de incidencia del viento transversalmente, es decir, transversamente a la direccion del buque, con lo que el efecto Magnus es mayor. En otras palabras el buque navega en este modo de funcionamiento tanto como sea posible mediante los rotores Magnus 10 con un viento lo mas transversalmente posible hacia el puerto objetivo.

Dado que sin una necesidad especial de alcanzar lo mas rapido posible el puerto objetivo se parte de que en caso de duda se debe optimizar el modo de funcionamiento del buque respecto a la reduccion del consumo de carburante, en el cuarto modo de mar puede estar previsto el modo de funcionamiento para la optimizacion del consumo de carburante (“Fuel-Safe-Mode") como ajuste estandar en cuanto se selecciona el cuarto modo de mar. En todos los modos arriba mencionado, en los que se hacen funcionar los rotores Magnus 10, la direccion del viento y la velocidad del viento se determinan por el control y se recurre para el funcionamiento de los rotores Magnus 10 con vistas a la determinacion de la direccion del viento y velocidad del viento, segun se explica en referencia a la fig.

2. Ademas, a este respecto mediante la unidad de mando BE, por parte del personal del buque segun el modo se predetermina la potencia del accionamiento principal o la velocidad deseada del buque, que se engloba mediante el control en la determinacion de la direccion de giro y velocidad de giro de los rotores Magnus 10. Para los rotores Magnus 10 estan previstas respectivamente las curvas de potencia en la unidad de control SE, que se usan durante la determinacion de la velocidad del viento asf como potencia o velocidad deseada. Para ello se pueden usar asimismo las curvas de potencia calculadas teoricas, como curvas de potencia que se han determinado por las mediciones p. ej. en trayectos de medicion especiales.

La conmutacion entre estos cuatro modos se puede realizar a traves de la unidad de control BE. A traves de esta unidad de mando BE se pueden efectuar ademas prescripciones por parte del personal del buque, que pueden resultar diferentes segun el modo seleccionado. Asf a traves de una asf denominada palanca de marcha o tambien telegrafos de maquina se puede ajustar, p. ej. en el primer modo de puerto, directamente el angulo de paso de la helice 50, para maniobrar el buque mediante el accionamiento principal HA.

En el segundo modo de maniobra se puede predeterminar a traves de la palanca de macha directamente la pendiente de la helice 50. De este modo en el accionamiento principal HA giratorio con velocidad de giro y direccion de giro constante se puede predeterminar directamente la fuerza de propulsion asf como la direccion de marcha del buque, es decir, hacia adelante o hacia atras, a traves de la unidad de mando BE mediante la modificacion de la pendiente de paso.

En el tercer modo de no se puede predeterminar directamente una potencia del accionamiento principal HA o de la helice 50 a traves de la palanca de marcha de la unidad de mando BE, la cual se debe mantener por el control. A este respecto se le puede dejar al control como se alcanza esta potencia, es decir, que potencia se puede alcanzar mediante los rotores Magnus 10 y que potencia restante se debe aplicar adicionalmente por el accionamiento diesel DA o la pluralidad de accionamientos diesel DA. Asf p. ej. se puede predeterminar una potencia del accionamiento principal HA o de la helice 50 de 2.000 kW.

En el cuarto modo de mar a traves de la palanca de marcha de la unidad de mando BE se puede predeterminar la velocidad del buque como valor absoluto o tambien de forma relativa respecto a la velocidad maxima del buque. El control puede optimizar entonces el curso del buque y la direccion de giro y velocidad de giro de los rotores Magnus 10, de modo que la velocidad predeterminada se consigue con un uso lo mas bajo posible del accionamiento diesel DA o de un numero lo mas bajo posible de los accionamientos diesel DA de la pluralidad de accionamientos diesel DA. Como entrada puede estar predeterminada p. ej. una velocidad del 75%, lo que se puede corresponder con una velocidad absoluta del 16 kn.

Mediante la unidad de mando BE segun el modo tambien se pueden poner a disposicion del personal del buque distintas informaciones. Asf siempre se puede realizar una emision, de debido a que entradas el control ha seleccionado actualmente un modo y/o un modo de funcionamiento o que modo y/o que modo de funcionamiento han sido ajustados por el personal del buque. Los valores medidos se pueden mostrar como p. ej. la direccion del viento o la velocidad del viento, que segun la fig. 2 llegan como valores de medicion E1 y E2 a la unidad de control SE, o tambien velocidad de marcha de consigna o real E3 asf como opcionalmente las informaciones de navegacion de una unidad de navegacion NE.

Para la evaluacion de la rentabilidad del funcionamiento del buque tambien se puede realizar, p. ej. diariamente una vez a las 00.00h, un calculo automatizado del consumo de carburante del dfa pasado u otro intervalo de tiempo predeterminado o ajustable. A este respecto, el consumo del buque segun la invencion se puede evaluar en relacion a buques comparables, p. ej. mediante tablas de referencias depositadas en el control de valores promedio del consumo de carburante de estos buques, a fin de obtener asf el carburante ahorrado por el buque segun la invencion para el dfa pasado u otro intervalo de tiempo en comparacion a los buques convencionales de tamano comparable.

La idea de la invencion se refiere al uso de los rotores Magnus 10 y la helice 50 o el accionamiento principal HA en una combinacion de mod que el accionamiento principal HA deba aportar con un viento no suficiente solo la diferencia de la potencia que no se puede suministrar por los rotores Magnus 10. Esta previsto accionar el buque basicamente con los rotores Magnus 10 y usar la helice 50 o el accionamiento principal Ha solo para la complecion en el caso de condiciones de viento no suficiente. Los rotores Magnus estan disenado a este respecto de manera que mediante su funcionamiento se consigue la potencia siguiente (aproximadamente 6000 kW) como a traves de la helice. En el caso de viento suficiente se puede realizar por consiguiente el accionamiento del buque completamente por los rotores Magnus 10. Esto se consigue, por ejemplo, en una velocidad del viento de 12 a 14 metros por segundo, de modo que la helice 50 o el accionamiento principal HA se puede desconectar, dado que ya no se necesita mas para la propulsion del buque.

Un control del accionamiento principal HA se realiza por consiguiente de manera que los rotores Magnus 10 generan la potencia maxima o aproximadamente la potencia maxima. Un control de la potencia de los rotores Magnus conduce por consiguiente directamente a un ahorro de carburante, dado que para el accionamiento electrico no se debe generar una energfa adicional mediante el accionamiento principal hA. El ahorro de carburante se produce por consiguiente sin que se necesite una adaptacion entre una helice 50 o accionamiento principal HA accionado por un motor de combustion asf como el control de los rotores Magnus 10.

Claims (9)

REIVINDICACIONES

1. Buque de carga, con

una pluralidad de rotores Magnus (10), en donde a cada uno de la pluralidad de rotores Magnus (10) esta asociado un motor electrico (M) excitable individualmente para el giro del rotor Magnus (10), en donde a cada motor electrico (M) esta asociado un convertidor (U), a fin de controlar la velocidad de giro y/o la direccion de giro del motor electrico (M),

una unidad de control central (SE), que esta conectada con los convertidores (U), para el control de los convertidores (U) individuales, a fin de controlar la velocidad de giro y/o la direccion de giro de los rotores Magnus (10) respectivamente de forma independiente de los otros rotores Magnus (10),

un motor electrico como accionamiento principal (HA) del buque, en donde al motor electrico (HA) esta asociado un convertidor (U) para el control del motor electrico (HA),

en donde la unidad de control (SE)

en un primer modo de funcionamiento excita los rotores Magnus (10) de manera que se obtiene una propulsion maxima, en donde la diferencia de la propulsion deseada y la propulsion obtenida gracias a la rotacion de los rotores Magnus (10) se aporta por el motor electrico (HA),

en un segundo modo de funcionamiento desconecta los rotores Magnus (10) y la propulsion deseada se aporta por el motor electrico (HA), y

en un tercer modo de funcionamiento excita los rotores Magnus (10) de manera que mediante los rotores Magnus (10) se obtiene una propulsion que es menor que la propulsion maxima de los rotores Magnus (10), en donde la diferencia de la propulsion deseada y la propulsion obtenida gracias a la rotacion de los rotores Magnus (10) se aporta por el motor electrico (HA), y

una helice (50), que presenta un angulo de paso ajustable y se acciona mediante el motor electrico (HA), un motor de combustion interna (DA), que esta acoplado con un generador electrico (G1, G2), a fin de generar energfa electrica, y

una unidad de mando (BE) para la prescripcion de la propulsion deseada,

en donde en el primer modo de funcionamiento la propulsion deseada es la velocidad absoluta o relativa del buque, en donde en el segundo modo de funcionamiento la propulsion deseada se puede ajustar a traves de la pendiente de paso del angulo de paso de la helice (50), y

en donde en el tercer modo de funcionamiento la propulsion deseada es la potencia absoluta o relativa del motor electrico (HA).

2. Buque de carga, segun la reivindicacion 1,

en donde la unidad de control (SE) obtiene

una velocidad del viento (E1), y/o

una direccion del viento (E2), y/o

un objetivo predeterminado del buque, y/o

informaciones de navegacion de una unidad de navegacion (NE).

3. Buque de carga, segun la reivindicacion 2,

en donde la unidad de control (SE) controla la velocidad de giro y/o la direccion de giro de los rotores Magnus (10) en funcion de la velocidad del viento (E1), la direccion del viento (E2), el curso predeterminado y/o las informaciones de navegacion de la unidad de navegacion (NE).

4. Buque de carga, segun la reivindicacion 3,

en donde la unidad de control (SE) usa, para la determinacion de la velocidad de giro y/o la direccion de giro, curvas caractensticas que estan previstas en la unidad de control (SE).

5. Buque de carga, segun la reivindicacion 2 a 4,

en donde la unidad de control (SE) determina, en funcion de la velocidad del viento (E1), la direccion del viento (E2), el objetivo predeterminado y/o las informaciones de navegacion, un curso en el que es maxima la propulsion obtenida gracias a la rotacion de los rotores Magnus (10).

6. Buque de carga, segun la reivindicacion 5,

en donde la unidad de control (SE) controla el buque a fin da adoptar un curso determinado, en el que es maxima la propulsion obtenida gracias a la rotacion de los rotores Magnus (10).

7. Buque de carga, segun una de las reivindicaciones anteriores,

en donde la unidad de control (SE) calcula para cada modo de funcionamiento el consumo de carburante del motor de combustion interna (DA), compara este consumo con el consumo de otros buques comparables respecto a su tamano, y emite el consumo calculado y el resultado de la comparacion.

8. Buque de carga, segun una de las reivindicaciones anteriores,

en donde esta prevista una pluralidad de motores de combustion interna (D), que estan acoplados respectivamente con un generador electrico (G) de una pluralidad de generadores (G), a fin de generar energfa electrica,

en donde la unidad de control (SE) conecta, para el aporte de una energfa electrica requerida, tantos motores de combustion interna (DA) de la pluralidad de motores de combustion interna (DA), de modo que la energfa electrica requerida al menos se genera por los generadores (G) correspondientes, y desconecta tantos motores de combustion interna (DA) de la pluralidad de motores de combustion interna (Da ), de modo que se minimiza el consumo del carburante mediante los motores de combustion interna (DA).

9. Procedimiento para el funcionamiento de un buque de carga, con una pluralidad de rotores Magnus (10), en donde a cada uno de la pluralidad de rotores Magnus (10) esta asociado un motor electrico (M) excitable individualmente para el giro del rotor Magnus (10), en donde a cada motor electrico (M) esta asociado un convertidor (U), a fin de controlar la velocidad de giro y/o la direccion de giro del motor electrico (M), una unidad de control central (SE), que esta conectada con los convertidores (U), para el control de los convertidores (U) individuales, a fin de controlar la velocidad de giro y/o la direccion de giro de los rotores Magnus (10) respectivamente de forma independiente de los otros rotores Magnus (10), y un motor electrico como accionamiento principal (HA) del buque, en donde al motor electrico (HA) esta asociado un convertidor (U) para el control del motor electrico (HA), en donde el procedimiento presenta las etapas:

en un primer modo de funcionamiento, excitacion de los rotores Magnus (10), de manera que se obtiene una propulsion maxima, en donde la diferencia de la propulsion deseada y la propulsion obtenida gracias a la rotacion de los rotores Magnus (10) se aporta mediante el motor electrico (HA),

en un segundo modo de funcionamiento, desconexion de los rotores Magnus (10) y excitacion del motor electrico (HA), de manera que la propulsion deseada se aporta por el motor electrico (HA), y

en un tercer modo de funcionamiento excita los rotores Magnus (10), de manera que mediante los rotores Magnus (10) se obtiene una propulsion que es menor que la propulsion maxima de los rotores Magnus (10), en donde la diferencia de la propulsion deseada y la propulsion obtenida gracias a la rotacion de los rotores Magnus (10) se aporta por el motor electrico (HA),

en donde el buque de carga presenta una helice (50), que se acciona mediante el motor electrico (HA),

un motor de combustion interna (DA), que esta acoplado con un generador electrico (G1, G2), a fin de generar energfa electrica, y

una unidad de mando (BE) para la prescripcion de la propulsion deseada,

en donde en el primer modo de funcionamiento la propulsion deseada es la velocidad absoluta o relativa del buque, en donde en el segundo modo de funcionamiento la propulsion deseada se puede ajustar a traves de la pendiente de paso del angulo de paso de la helice (50), y

en donde en el tercer modo de funcionamiento la propulsion es la potencia absoluta o relativa del motor electrico (HA).