ITTO20010593A1 - Gruppo propulsore per imbarcazioni. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "Gruppo propulsore per imbarcazioni"

TESTO DELLA DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ai gruppi propulsori per imbarcazioni e riguarda in particolare perfezionamenti suscettibili di essere apportati. ai propulsori del tipo descritto nel documento WO-A-92/07189.

I propulsori di questo tipo possono essere sostanzialmente definiti "propulsori a pale orbitanti nella direzione di propulsione e continuamente singolarmente orientabili durante la propulsione", distinguendosi così tanto rispetto ai propulsori ad elica di tipo tradizionale (le cui pale orbitano in un piano in generale ortogonale rispetto alla direzione di propulsione), quanto nei confronti dei propulsori a ruote palettate utilizzati ai primordi della propulsione a vapore (propulsori nei quali le pale orbitano nella direzione di propulsione ma sono montate in posizione fissa rispetto alla ruota).

In sintesi, i propulsori descritti nel documento sopra citato comprendono un rotore trascinato in rotazione rispetto ad un asse principale verticale ed una pluralità di pale montate sul rotore secondo una generale disposizione a bandiera, ciascuna pala essendo orientabile intorno a un rispettivo asse di orientamento parallelo all'asse di rotazione del rotore .

I propulsori a pale del tipo descritto consentono di conseguire un notevole miglioramento in termini di rendimento energetico e di caratteristiche di manovra dell'imbarcazione rispetto ai propulsori ad elica. Il limite intrinseco dei propulsori ad elica è costituito -almeno per quanto riguarda il rendimento energetico proprio dai fenomeni negativi di turbolenza rotatoria indotti nell'acqua dall'elica durante lo svolgimento della sua azione di propulsione.

I propulsori a pale riescono invece ad esercitare una azione di spinta progressiva sull'acqua sostanzialmente assimilabile a quella esercitata dalle pinne dei pesci, senza creare turbolenze inutili, così da dare origine ad un'azione di spinta con elevato rendimento energetico .

Si apprezzerà che tali modalità di propulsione sono riconoscibili anche nella voga a remo di tipo tradizionale, in particolare nella voga alla veneziana e nella voga, molto efficiente e denominata "voga e vai", adottata sul battellino del nocchiere dotato di un solo remo disposto sullo specchio di poppa e mosso verticalmente. Questo anche per quanto riguarda la possibilità di esercitare l'azione di spinta in profondità.

Per una generale illustrazione di tali concetti di fondo si può fare utilmente riferimento al volume di C.Donatelli "La gondola - Una straordinaria architettura navale" - Arsenale Editrice, Venezia 1990-1998 ed in particolare alle pagine 145 - 152 dello stesso.

La presente invenzione si prefigge lo scopo di perfezionare ulteriormente tali soluzioni di propulsore note, in particolare per quanto riguarda i seguenti aspetti:

la possibilità di utilizzare l'imbarcazione equipaggiata con il propulsore per la navigazione su fondali anche molto bassi, quali appunto i tipici fondali di laguna,

l'ottimizzazione delle prestazioni del propulsore, in particolare quando utilizzato quale propulsore ausiliario in una imbarcazione a vela: ciò vale anche in relazione alla possibilità di utilizzare il propulsore come timone direzionale dell'imbarcazione con pale non rotanti ma disposte parallele fra loro ed orientate dalla normale ruota del timone e/o alla possibilità di azionare una macchina dinamoelettrica generatrice mentre l'imbarcazione avanza sotto la spinta del vento (ad esempio per ricaricare le batterie di bordo e/o alimentare i carichi di bordo senza prelevare energia da tali accumulatori), e

il miglioramento delle caratteristiche di manovrabilità dell'imbarcazione, ad esempio con la possibilità - dirigendo opportunamente le pale - di muovere l'imbarcazione anche in retromarcia, senza necessità di disporre di un invertitore e/o con la possibilità di ricorrere se del caso a più propulsori del tipo descritto.

Secondo la presente invenzione, tale scopo viene raggiunto grazie ad un gruppo propulsore avente le caratteristiche richiamate in modo specifico nelle rivendicazioni che seguono.

L'invenzione verrà ora descritta, a puro titolo di esempio non limitativo, con riferimento ai disegni annessi, nei quali:

le figure 1 e 2 sono due viste generali, rispettivamente in pianta ed in sezione longitudinale, di un'imbarcazione equipaggiata con un gruppo propulsore secondo l'invenzione,

le figure 3 e 4 corrispondono a due viste della parte della figura 1 indicata dalla freccia III, e

- la figura 5 è una vista in prospettiva da poppa dell'imbarcazione diretta ad illustrare ancor meglio le caratteristiche di un propulsore secondo l'invenzione .

Nei disegni allegati il riferimento B indica in generale una imbarcazione identificata, a puro titolo di esempio non limitativo, con la tipica imbarcazione veneta denominata "topo". Si tratta di un'imbarcazione destinata di solito al trasporto di merci ed avente una lunghezza dell'ordine di 11 metri con un peso dell'ordine di tre tonnellate circa .

Per quanto riguarda le possibilità di applicazione dell'invenzione, l'imbarcazione B può essere in realtà costituita da un'imbarcazione di qualunque tipo noto e dimensione. Ad esempio, il Richiedente ha condotto prove di utilizzazione del propulsore secondo l'invenzione utilizzando una piccola imbarcazione da diporto a vela del tipo correntemente denominato "4,70", con scafo di vetroresina .

La soluzione secondo l'invenzione si presta comunque ad essere utilizzata in modo vantaggioso anche su imbarcazioni di dimensioni molto maggiori, quali ad esempio vaporetti del tipo utilizzato per la navigazione lagunare, nella città di Venezia e nelle zone lacustri.

Il fatto che i disegni allegati si riferiscano ad un "topo" intende mettere in luce il fatto che la soluzione secondo l'invenzione si presta ad essere utilizzata in modo particolarmente vantaggioso su imbarcazioni destinate a navigare su bassi fondali (anche dell'ordine di 20 - 40 cm. e, comunque, ben inferiori al metro).

Nell'esempio di attuazione illustrato, ad una certa distanza dallo specchio di poppa dell'imbarcazione B, è stato praticato a centro scafo un foro in cui è stato sistemato e sigillato un pozzo 1 di forma cilindrica allungata (ad esempio con asse maggiore 60 cm. ed asse minore 40 cm.) con asse maggiore trasversale rispetto allo scafo. Le ragioni di questa scelta risulteranno più chiare nel seguito della presente descrizione.

In una forma di attuazione particolarmente preferita, il pozzo 1 è costituito di lamiera inossidabile di 2 mm., spessore atto a contenere un propulsore 2.

Il pozzo 1 viene realizzato con pareti di solito ben più elevate della linea di galleggiamento in quanto destinato ad essere invaso nella sua parte di fondo dall'acqua dove al disotto pescano le pale 3 di cui è munito il propulsore.

Così come meglio visibile nella figura 2 - nelle condizioni considerate ottimali per lo svolgimento dell'azione di spinta - le pale 3 in questione risultano immerse per 60-100 cm., così da poter effettuare un'azione di spinta in profondità.

Come già si è detto, il propulsore 2 è del tipo a pale orbitanti nella direzione di propulsione e continuamente singolarmente orientabili durante la propulsione così come descritto, ad esempio, nel documento WO-A-92/07189, già richiamato nella parte introduttiva della presente descrizione. Gli specifici criteri di azionamento delle pale 3 durante la propulsione non sono quindi qui illustrati in dettaglio, anche perché tali criteri non formano di per sé oggetto del presente brevetto.

Nelle figure è comunque schematicamente indicato con 4 il rotore del propulsore in cui si trovano i meccanismi che azionano le pale 3 durante il movimento di propulsione.

Caratteristica importante della soluzione secondo l'invenzione è data dal fatto che, invece di essere montato in posizione complessivamente fissa rispetto al corpo dell'imbarcazione B, il propulsore 2 è montato all'interno del pozzo 1 con generale capacità di movimento in senso verticale fra:

- una posizione di massima immersione delle pale 3 (schematicamente illustrata nella figura 2), in cui il piano inferiore del rotore 4 si trova quasi nello stesso piano della superficie di chiglia, senza sporgere dallo stesso, e

- una posizione di massimo sollevamento delle pale 3 (schematicamente illustrata nella figura 4): nell'esempio di attuazione qui illustrato, tale posizione di massimo sollevamento corrisponde in pratica ad una condizione di totale richiamo delle pale 3 all'interno della superficie di chiglia.

All'estremità inferiore del pozzo 1 può essere vantaggiosamente associato un coperchio scorrevole in direzione parallela al piano di chiglia. Il coperchio in questione può essere allora utilizzato per chiudere la luce inferiore del pozzo 1 per evitare che nel pozzo 1 stesso si creino turbolenze nel caso di rimorchi in mare e/o per proteggere le pale 3 quando l'imbarcazione B ò a terra o trasportata su carrello.

Di preferenza il coperchio in questione viene realizzato con caratteristiche di tenuta stagna nella posizione di chiusura del pozzo 1. In questo modo, quando chiuso inferiormente dal coperchio, il pozzo può essere agevolmente evacuato (ad esempio con una diramazione della pompa di sentina) così da migliorare le caratteristiche di galleggiamento dell'imbarcazione B.

Si apprezzerà che il suddetto movimento di abbassamento/sollevamento del propulsore 2 può essere conseguito, così come nel caso dell'esempio qui illustrato, associando al propulsore 2 almeno un azionatore lineare per sollevamento verticale 5, ad esempio del tipo disponibile con il nome commerciale di "Linear Motion" nella produzione della società SKF. L'azionatore 5 è mosso da un motore 6 in modo tale per cui, attivando il motore 6 (che è tipicamente un motore elettrico) in un verso o nell'altro è possibile produrre un movimento preciso e regolare di sollevamento/abbassamento del propulsore 2 secondo le modalità appena descritte.

In particolare 1'azionatore 5 agisce fra il corpo dell'imbarcazione B ed una sella di sollevamento 7 scorrevole verticalmente su aste di guida verticali 7a. La sella di sollevamento 7 porta un mensola 8 che sostiene il corpo del propulsore 2 e, di solito, anche il motore di azionamento del propulsore .

Lo stesso movimento di estensione/ritrazìone delle pale 3 rispetto all'inviluppo della chiglia può essere peraltro conseguito in modo diverso, ad esempio realizzando le pale 3 - e più precisamente gli alberi 3a che portano tali pale secondo una generale distribuzione a bandiera - con capacità di muovere verticalmente le pale 3 rispetto al corpo del propulsore 2 mantenuto eventualmente ad un'altezza fissa.

Ulteriori soluzioni funzionalmente equivalenti sono alla portata del tecnico esperto del settore.

La posizione del pozzo 1, non completamente a poppa, garantisce che la corrente d'acqua creata dalle pale 3 dal propulsore 2 rimane il più possibile piana con turbolenza ridotta al minimo. Si apprezzerà (si veda in particolare la vista in pianta della figura 1) che il rotore 4 del propulsore 2 non è di solito montato in posizione di mezzeria dello scafo ma, al contrario, occupa una posizione decentrata tale da allineare il baricentro di spinta delle pale 3 con il piano di simmetria dell'imbarcazione B.

Tale condizione di spinta viene assicurata in modo pressoché costante in modo indipendente dalla specifica posizione in altezza raggiunta dal propulsore 2 e, più precisamente, dalle pale 3.

Nella posizione di massima sporgenza al di sotto dello scafo (illustrata nella figura 2) le pale 3 -che sono di solito in numero pari a tre - si trovano completamente immerse sotto l'opera viva dello scafo ad una discreta profondità, così da poter agire in una zona di maggior pressione d'acqua e quindi con maggiore efficienza di spinta, con una minimizzazione del valore del regresso. Come già si è detto, gli alberi 3a che portano le pale 3 presentano di solito una certa estensione, ad esempio dell'ordine di 60 - 100 cm.

La possibilità di sollevare il propulsore 2 (o quantomeno le pale 3) intervenendo sull'azionatore 5 consente di far sì che la profondità delle pale 3 possa essere regolata in altezza in una qualsiasi posizione compresa fra le posizioni di estremità viste in precedenza. In questo modo è possibile, ad esempio, richiamare le pale 3 stesse nella posizione intermedia schematicamente rappresentata nella figura 3.

La profondità raggiunta dalle pale può così essere selettivamente ridotta per essere adattata al pescaggio disponibile, così da permettere all'imbarcazione B di avanzare anche dove la profondità dell'acqua sia molto ridotta (ad esempio in zone paludose e/o in condizioni di bassa marea, in situazioni in cui i normali sistemi propulsivi ad elica - e timone - non sono utilizzabili, in quanto inevitabilmente destinati ad incagliarsi sul fondo).

Tutto questo vale anche per il possibile impiego su imbarcazioni da pesca: in questo caso il propulsore secondo l'invenzione permette di evitare la formazione delle turbolenze tipicamente prodotte da un propulsore ad elica e suscettibili di spaventare i pesci.

Va poi notato che la posizione di massimo sollevamento (figura 4) viene scelta in modo tale da consentire di richiamare completamente le pale 3 all'interno della superficie d'inviluppo della chiglia. Questo facilita grandemente le operazioni di alaggio, in quanto l'imbarcazione B può essere direttamente appoggiata o addirittura fatta scorrere sulla chiglia senza esporre parti sporgenti suscettibili di essere danneggiate. Questo anche per la possibile presenza del coperchio inferiore del pozzo di cui si è già detto in precedenza.

La forma genericamente allungata del pozzo 1 è diretta ad agevolare l'operazione di completo richiamo delle pale nello scafo con le pale 3 stesse allineate parallele fra loro nella direzione di massima estensione del pozzo 1.

Si apprezzerà altresì che, proprio per la loro conformazione, le pale 3 possono utilmente fungere da timone. E' infatti possibile prevedere che l'incastellatura del propulsore 2 risulti (in modo noto) orientabile rispetto al corpo dell'imbarcazione B intorno ad un asse verticale tramite un'operazione di comando esercitata ad esempio con una normale ruota da timone.

Orientate le pale parallele fra loro e dirette nella direzione longitudinale dell'imbarcazione B, le pale 3 stesse, fatte sporgere al disotto dello scafo dell'imbarcazione B, possono essere agevolmente utilizzate come timone orientando l'incastellatura del propulsore 2 rispetto allo scafo dell'imbarcazione B. Il tutto - fra l'altro -con un'elevata efficienza idrodinamica legata al fatto che l'azione di timone viene demandata ad una pluralità di superfici distinte che operano in modo concorde, superando anche la necessità di disporre di un timone di tipo tradizionale.

Questa modalità di funzionamento può essere agevolmente sfruttata nel caso in cui il propulsore 2 sia montato a bordo di un'imbarcazione a vela durante le fasi di navigazione sotto la spinta del vento.

Tutto questo con la possibilità - qualora ci si trovi di fronte a condizioni di bonaccia e/o a condizioni in cui la spinta del vento è insufficiente - di riportare il propulsore 2 nelle condizioni di spinta così da produrre l'avanzamento dell'imbarcazione in condizioni di elevata efficienza energetica.

In modo duale, quando l'imbarcazione avanza sotto la spinta del vento, è possibile sfruttare il movimento di rotazione indotto sulle pale 3 per effetto dell'avanzamento dell'imbarcazione B per trascinare in rotazione l'albero principale del rotore 4. E' così possibile trascinare in rotazione una macchina dinamoelettrica 9 (eventualmente costituita dallo stesso motore di azionamento del propulsore 2) per caricare accumulatori che si trovano a bordo dell'imbarcazione e/o alimentare carichi elettrici dell'imbarcazione senza prelevare energia da tali accumulatori. Di solito è anche prevista la possibilità di scollegarsi tramite frizione libera da altro tipo di motore non elettrico.

Ancora, qualora l'imbarcazione a vela avanzi sotto la spinta del vento e si vogliano sfruttare al meglio le caratteristiche di navigabilità della stessa, il gruppo propulsore secondo l'invenzione può anche essere portato nella posizione di massimo sollevamento, così da richiamare completamente le pale all'interno dello scafo eliminando ogni possibile effetto di resistenza idrodinamica. Naturalmente, in questo caso è vantaggioso prevedere la presenza di un timone tradizionale e/o di un elemento di chiusura (quale il coperchio scorrevole già più volte citato), con opportune caratteristiche idrodinamiche per chiudere l'apertura inferiore del pozzo 1.

Nell'impiego generale come propulsore, un gruppo a pale orbitanti nella direzione di propulsione e continuamente singolarmente orientabili nella propulsione presenta l'ulteriore vantaggio dato dal fatto che - "fasando" in modo opportuno il movimento di orientamento delle pale 3 rispetto al movimento di rotazione del rotore 4 - è possibile far variare selettivamente la direzione di spinta su 360°, conferendo all'imbarcazione B eccellenti caratteristiche di manovrabilità, suscettibili di portare l'imbarcazione ad essere capace di ruotare su se stessa. In particolare è possibile realizzare l'inversione del verso di marcia dell'imbarcazione senza necessità di disporre di un invertitore.

Questa manovra è agevolmente attuabile intervenendo, ad esempio, su una manopola 10 di orientamento delle pale 3 disposta di preferenza alla sommità della ruota 11 di azionamento del timone .

Le suddette doti di manovrabilità (ed anche le doti di stabilità di rotta) possono essere ulteriormente migliorate prevedendo di equipaggiare l'imbarcazione B con un ulteriore propulsore 2' (indicato in modo schematico nella sola figura 2) disposto a prua e realizzato di preferenza con caratteristiche semplificate (essendo ad esempio provvisto di una sola pala invece che di una pluralità di pale). L'ulteriore propulsore 2' è di solito collocato nel piano di simmetria dell'imbarcazione come stabilizzatore di rotta.

In questo modo, l'imbarcazione B risulta essere provvista di due punti di propulsione localizzati alle estremità dello scafo, con la conseguente possibilità di effettuare facilmente manovre di attracco laterali attuate facendo spostare l'imbarcazione B di traverso rispetto al suo asse principale, il tutto con il limitato consumo di energia intrinseco ai propulsori a pale considerati.

Per quanto riguarda l'azionamento del propulsore è possibile utilizzare tanto motori elettrici quanto ad esempio motori a scoppio (quale il motore indicato con 12 nella figura 5), anche di limitate dimensioni e potenza contenuta. Tutto questo in considerazione dell'elevata efficienza energetica del propulsore 2.

In particolare, tramite un comando (di tipo di per sé noto) che consente di far variare la "fasatura" del movimento di orientamento delle pale 3 rispetto al movimento di rotazione del rotore 4 è possibile regolare selettivamente fra un valore minimo e un valore massimo l'intensità dell'azione di spinta del propulsore e quella di ricarica elettrica quando il rotore è trascinato in rotazione dalla spinta delle vento sulle vele..

Di solito il numero di giri della scatola a ingranaggi che aziona le pale 3 viene ridotto in modo da tener conto della velocità dell'imbarcazione. Ciò avviene, ad esempio, tramite un treno di due coppie di pulegge con diametro tale da creare la corretta riduzione dei giri per conferire alle pale la richiesta velocità periferica ed al tempo stesso creare maggiore coppia di spinta sulle pale 3 stesse.

Di solito l'imbarcazione è dotata di indicatore di velocità immerso sotto la carena.

In modo preferito, il motore che aziona le pale 3 del propulsore 2 aziona anche un alternatore di tipo marino (vedi ad esempio la macchina dinamoelettrica 9 della figura 5) che fornisce l'energia necessaria ad accumulatori costituiti da batterie, ad esempio da 12 volt. Queste ultime sono anche destinate ad alimentare le motorizzazioni (si pensi ad esempio al motore 6) che determinano il sollevamento/abbassamento del gruppo propulsore 2. Questi accumulatori alimentano anche altri carichi tipici dell'imbarcazione B, quali indicatori di velocità, fanali di via, pompa sentina, sirena, ecc.

Naturalmente, fermo restando il principio dell'invenzione, i particolari di costruzione e le forme di realizzazione potranno ampiamente variare rispetto a quanto descritto ed illustrato, senza per questo uscire dall'ambito della presente invenzione.

Claims (13)

1. RIVENDICAZIONI 1. Propulsore per imbarcazioni (B), il propulsore essendo del tipo a pale (3) orbitanti nella direzione di propulsione e continuamente singolarmente orientabili durante la propulsione, caratterizzato dal fatto che il propulsore (2) stesso ha associato un dispositivo di sollevamento (5 a 8) per variare selettivamente la profondità di immersione delle pale (3) fra una posizione di massima sporgenza ed una posizione di massima ritrazione rispetto allo scafo dell'imbarcazione (B).
2. 2. Propulsore secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che detto dispositivo di sollevamento (5 a 8) consente di regolare la profondità di immersione delle pale (3) in modo continuo fra detta posizione di massima sporgenza e detta posizione di massima ritrazione rispetto allo scafo dell'imbarcazione (B).
3. 3. Propulsore secondo la rivendicazione 1 o la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che, in detta posizione di massima ritrazione, le pale (3) del propulsore (2) sono occultate all'interno dello scafo dell'imbarcazione (B).
4. 4. Propulsore secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che , in detta posizione di massima sporgenza, dette pale (3) sporgono di una distanza di almeno 60 cm. rispetto allo scafo dell'imbarcazione (B).
5. 5. Propulsore secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che comprende una struttura (4) che sopporta dette pale (3) con capacità di orientamento e dal fatto che detto dispositivo di sollevamento (5, 6) agisce su detta struttura di sopporto (4).
6. 6. Propulsore secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che detto dispositivo di sollevamento comprende un azionatore lineare (5) motorizzato (6).
7. 7. Propulsore secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che il propulsore (2) ha associata una struttura a pozzo (1) per il montaggio sull'imbarcazione (B).
8. 8. Propulsore secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che detta struttura a pozzo (1) ha associato un coperchio scorrevole per chiudere selettivamente l'apertura inferiore del pozzo (1), preferibilmente in condizioni di tenuta.
9. 9. Propulsore secondo la rivendicazione 7 o la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che detta struttura a pozzo (1) è di forma allungata.
10. 10. Propulsore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 7 a 9, caratterizzato dal fatto che detta struttura a pozzo (1) è localizzata in corrispondenza di un'estremità dell'imbarcazione (B), preferibilmente ad una certa distanza da tale estremità .
11. 11. Propulsore secondo la rivendicazione 1 o la rivendicazione 10, in abbinamento ad un propulsore omologo (2'), eventualmente con struttura semplificata e/o numero di pale ridotto localizzato in corrispondenza dell'altra estremità dell'imbarcazione (B).
12. 12. Propulsore secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che dette pale (3) sono selettivamente orientabili in condizioni di parallelismo fra loro così da poter fungere da timone dell'imbarcazione (B).
13. 13. Propulsore secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che il propulsore (2) ha associata una macchina dinamoelettrica (9) suscettibile di essere utilizzata come generatore elettrico azionato dal movimento di dette pale (3) indotto dall'avanzamento dell'imbarcazione (B).