ES2212841T3 - Dispositivo para reducir las vibraciones en un barco. - Google Patents

Abstract

LA INVENCION SE REFIERE A UN DISPOSITIVO PARA REDUCIR LAS VIBRACIONES EN UN BARCO PROVISTO CON AL MENOS DOS EJES DE PROPULSION. EL DISPOSITIVO COMPRENDE MEDIOS DE MANDO (REG1, REG2, REG3) DE DESVIO ANGULAR (MD) DE LOS DOS EJES EN UNA REFERENCIA (CD), MEDIOS DE CALIBRADO PARA BUSCAR UN DESPLAZAMIENTO ANGULAR OPTIMO (DO) ENTRE ESTOS EJES QUE CORRESPONDE A UN MINIMO DE VIBRACIONES Y MEDIOS DE CONTROL (COM) PARA ACCIONAR SUCESIVAMENTE, EN RESPUESTA A UNA SEÑAL DE CONTROL (CF), LOS MEDIOS DE CALIBRADO Y A CONTINUACION LOS MEDIOS DE MANDO FIJANDO COMO REFERENCIA (CD) ESTE DESPLAZAMIENTO ANGULAR OPTIMO (DO).

Description

Dispositivo para reducir las vibraciones en un barco.

La presente invención se refiere a un dispositivo para reducir las vibraciones en un barco provisto de dos árboles de propulsión.

Una preocupación constante consiste en buscar el silencio acústico en los barcos. En efecto, en un paquebote, se trata de mejorar la comodidad de los pasajeros, mientras que en los navíos destinados a uso científico o en los buques militares, el silencio es un requisito de explotación.

Un dispositivo activo de reducción de las vibraciones impuestas en un sistema, con las características del preámbulo de la reivindicación independiente, está descrito en el documento US 5049795.

Conviene, por tanto, reducir las vibraciones acústicas generadas por la compresión del agua sobre el casco debido a la rotación de las hélices. Se está en el caso en que el barco es movido, al menos, por dos árboles de propulsión, provistos, cada uno, de una hélice.

Se conoce, así, equipar cada uno de los dos árboles de un navío con un codificador de posición angular y regular por este medio la velocidad de rotación de estos árboles, de modo que estos presenten un desvío angular fijado en un valor de consigna constante. Esta consigna resulta de consideraciones mecánicas sobre las interacciones entre las hélices, el agua y el casco, y estas consideraciones están afectadas de una cierta imprecisión. Además, estas interacciones dependen estrechamente de las condiciones de funcionamiento del navío. Entre estas consideraciones, se citarán, especialmente, la potencia desarrollada en un árbol de propulsión, la velocidad de rotación, la carga del navío, la velocidad de avance de este navío, la temperatura y la salinidad del agua.

Resulta que el cálculo de la consigna es de una gran complejidad. Por otra parte, el hecho de adoptar una consigna constante conduce necesariamente a optar por un compromiso, por lo que esta consigna no está siempre optimizada para las condiciones de funcionamiento de este navío en una situación dada.

La presente invención tiene, así, por objeto un dispositivo para reducir las vibraciones, que no esté sometido a los requisitos o las limitaciones citadas anteriormente.

De acuerdo con la invención, este dispositivo, adaptado a un barco provisto, al menos, de dos árboles de propulsión, comprende medios de servocontrol del desvío angular de los dos árboles respecto de una consigna; comprende, además, medios de calibración para encontrar un desplazamiento angular óptimo entre estos árboles que corresponda a un mínimo de vibraciones, y medios de mando para accionar sucesivamente, en respuesta a una señal de mando, los medios de calibración y los medios de servocontrol, fijando como consigna este desplazamiento angular óptimo.

Así, en condiciones de funcionamiento dadas, se busca el desplazamiento angular óptimo que conduce a un mínimo de vibraciones antes de proceder a un servocontrol clásico.

La invención encuentra aplicación ventajosa cuando los árboles de propulsión están accionados por motores eléctricos. En este caso, el dispositivo comprende medios de medición para deducir el desvío angular de los parámetros de alimentación de estos motores.

Esto permite prescindir de los codificadores de posición en los árboles.

De acuerdo con una primera opción, el desplazamiento angular óptimo es detectado a oído.

De acuerdo con una segunda opción, el dispositivo comprende, además, un captador de vibraciones para detectar el desplazamiento angular óptimo.

En el dispositivo puede preverse, entonces, una cadena de regulación para producir una señal de regulación que represente las variaciones del nivel de vibraciones, fijando los medios de mando como consigna esta señal de regulación posteriormente al desplazamiento angular óptimo.

Preferentemente, la señal de regulación representa la derivada del nivel fundamental de las vibraciones.

Cualquiera que sea el modo de realización adoptado, una solución simple consiste en optar por un accionamiento manual de la señal de mando.

Por otra parte, es interesante concebir el dispositivo de modo que la señal de mando sea accionada a consecuencia de una modificación de las condiciones de funcionamiento del barco.

En particular, esta modificación concierne a la velocidad de rotación, o a la potencia transmitida a uno de los árboles.

Otras ventajas y características de la presente invención aparecerán de manera más detallada en el marco de la descripción que sigue de ejemplos de realización, dados a título de ejemplo, refiriéndose a los dibujos anejos, que representan:

- la figura 1, una vista esquemática de un modo de realización del dispositivo de la invención,

- la figura 2, una representación simbólica de una cadena de regulación de acuerdo con la invención,

- la figura 3, un esquema de implementación analógica adaptado para la puesta en práctica de la fase de regulación del dispositivo.

Los elementos presentes en varias figuras están afectados de una sola y misma referencia.

Refiriéndose a la figura 1, el dispositivo comprende un circuito de mando COM que recibe las diferentes informaciones pertinentes y manda los otros órganos de la manera que seguidamente se describe. Se trata, por ejemplo, de un microprocesador.

Un primer regulador REG1 regula la velocidad de rotación de un primer árbol de propulsión produciendo una primera señal de alimentación AL1 con destino al motor de accionamiento de este árbol. Éste recibe en la entrada la diferencia entre una consigna de velocidad de rotación CR facilitada por el circuito de mando COM y la velocidad de rotación medida MR1 de este árbol.

Un segundo regulador REG2 regula la velocidad de rotación de un segundo árbol de propulsión produciendo una segunda señal de alimentación AL2 con destino al motor de accionamiento de este árbol. Éste recibe en la entrada la diferencia entre, por una parte, la suma de la consigna de velocidad de rotación CR y de una señal de posicionamiento relativo PR y, por otra, la velocidad de rotación MR2 de este segundo árbol.

La señal de posicionamiento relativo PR es producida por un tercer regulador REG3, por ejemplo, de tipo proporcional integral, que recibe en la entrada la diferencia de una consigna de desplazamiento angular CD procedente del circuito de mando COM y del desvío angular medido MD entre los dos árboles de propulsión.

Las señales de medición MR1, MR2, MD relativas a la velocidad de rotación de los árboles o a su desvío angular pueden obtenerse por medio de codificadores de posición dispuestos en estos árboles.

Sin embargo, en la mayoría de los casos, el accionamiento de los árboles es realizado por motores eléctricos. Es conveniente, entonces, adquirir estas diferentes mediciones utilizando los parámetros de alimentación de estos motores, tales como la frecuencia, la tensión y la corriente del estator y rotor o, también, el mando de los tiristores, cuando se emplean tales componentes para alimentar los motores. Se trata, aquí, de una técnica conocida por el experto en la técnica que, por tanto, no será detallada.

En una primera fase de calibración, en respuesta a una señal de mando CC, el circuito de mando COM produce una rampa como consigna de desplazamiento angular CD de modo que el desvío angular medido MD aumente progresivamente de 360º. Cuando se detecta un mínimo de vibraciones, el circuito de mando memoriza el valor correspondiente del desvío angular, que representa, entonces, un desplazamiento óptimo DO.

El mínimo de vibraciones puede detectarse a oído por una persona con experiencia.

Éste puede medirse, igualmente, por medio de un captador de vibraciones VIB. Una solución ventajosa consisten, entonces, en retener como nivel de vibraciones la amplitud de la frecuencia fundamental de estas vibraciones. Registrando en un gráfico el nivel de vibraciones en función del desvío angular en 360º, es fácil, entonces, encontrar el valor mínimo de este nivel e identificar el desplazamiento óptimo DO correspondiente.

Esta primera fase puede repetirse, eventualmente, una o varias veces, a fin de mejorar la precisión, tomando el valor medio de los diferentes niveles para un dispositivo dado. Se trata aquí, también, de una técnica muy extendida que no será descrita.

A continuación, en una segunda fase denominada fase de servocontrol, el circuito de mando COM produce el valor de este desplazamiento óptimo DO como consigna de desplazamiento angular CD. Resulta que los dos árboles de propulsión están servocontrolados de modo que estos presentan un desvío angular igual al desplazamiento óptimo.

Se observará que la señal de mando CC puede ser producida manualmente por personal cualificado, por ejemplo, el comandante de a bordo. Pero esta señal puede ser producida, también, automáticamente cuando se modifican algunas condiciones de funcionamiento, tal como la consigna de velocidad de rotación CR o la potencia suministrada a un motor de accionamiento.

En el transcurso de la fase de servocontrol, los dos árboles de propulsión son, por tanto, controlados en desvío angular sobre un valor constante que corresponde a un mínimo de vibraciones para las condiciones de funcionamiento presentes durante la fase de calibración.

Aunque este servocontrol aporta una mejora sensible con respecto al estado de la técnica, se considera que las condiciones de funcionamiento pueden evolucionar durante la fase de servocontrol, de modo que no está garantizado que el desplazamiento óptimo adquirido durante la fase de calibración sea también el mismo algún tiempo más tarde.

Una solución a este problema consistiría en producir la señal de mando de vez en cuando, manual o automáticamente, de manera que la fase de calibración sea renovada periódicamente.

Sin embargo, la invención propone una tercera fase denominada fase de regulación, durante la cual el desplazamiento óptimo es actualizado permanente- mente por medio de una cadena de regulación.

Refiriéndose a la figura 2, el captador de vibraciones VIB va seguido de un módulo de filtrado PBF que aísla la componente fundamental de la señal de salida del captador y produce una señal de nivel NI representativa de la amplitud de esta componente.

Un módulo de derivación DER está previsto para realizar una función de derivación de la señal de nivel NI con respecto al desvío angular medido MD. Se trata, en efecto, de hacer una regulación respeto de un mínimo, el valor mínimo de la señal de nivel NI, y uno de los métodos posibles consiste en tomar la derivada de la función pertinente y en regular con respecto a un valor de referencia VR igual a cero.

De acuerdo con un primer modo de realización, el módulo de derivación efectúa la derivada temporal dNI de la señal de nivel NI, la derivada temporal dMD del desvío angular medido MD y produce una señal de derivación DI igual a la relación entre la primera y la segunda derivada dNI/dMD.

De acuerdo con un segundo modo de realización, puede adoptarse una representación discreta de las diferentes variables, donde i representa el incremento temporal y, clasificando estas variables por el tiempo discreto i, puede calcularse la señal de derivación DI por medio de la expresión siguiente:

DI_{i}=\frac{NI_{i}-NI_{i-}}{MD_{i}-MD_{i}}

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Naturalmente, están disponibles otros modos de realización, que no es posible representarlos aquí de modo exhaustivo. El punto importante es determinar el signo de la señal de derivación DI, un medio simple que consiste en evaluar el sentido de variación del desvío angular medido MD.

Un cuarto regulador REG4, por ejemplo, de tipo proporcional, recibe en la entrada la diferencia del valor de referencia VR (igual a cero por hipótesis) y de la señal de derivación DI para producir una señal de regulación RS.

Así, poco después de la fase de servocontrol, el circuito de mando COM inicia la fase de regulación durante la cual la consigna de desplazamiento angular CD va a pasar progresivamente del valor de desplazamiento óptimo DO adquirido durante la fase de calibración al valor de la señal de regulación RS. Este resultado puede obtenerse produciendo como consigna de desplazamiento CD una función F del tipo F = a (t) x DO + b(t) x RS, donde a(t) tiende a cero y b(t) tiende a una constante cuando t tiende al infinito. Un caso particular interesante consiste en fijar b(t) = 1 - a(t). Es posible realizar esta función de manera numérica en el seno del circuito de mando.

Refiriéndose a la figura 3, es posible, igualmente, realizarlo de manera analógica. Se prevé en este caso un primero S1 y un segundo S2 interruptores mandados en sincronismo de modo que la apertura del primero S1 coincida con el cierre del segundo S2.

El primer interruptor S1 que por una parte recibe el desplazamiento óptimo DO, por otra parte está conectado a los primeros bornes de un primer condensador C1 y de una primera resistencia R1. El segundo borne del primer condensador C1 está conectado a masa mientras que el de la primera resistencia R1 es inyectado a una entrada de un circuito de adición SUM.

El segundo interruptor S2 que recibe por una parte la señal de regulación RS, por otra parte está conectado a los primeros bornes de un segundo condensador C2 y de una segunda resistencia R2. El segundo borne del segundo condensador C2 está conectado a masa mientras que el de la segunda resistencia R2 es inyectado a otra entrada del circuito de adición SUM.

La salida de este circuito de adición da la consigna de desplazamiento angular CD que conviene aplicar.

Durante el paso de la fase de servocontrol a la fase de regulación, el circuito de mando invierte el primero S1, respectivamente, el segundo S2 interruptores que pasan del estado cerrado, respectivamente, abierto, al estado abierto, respectivamente, cerrado.

La invención no está limitada a las implementaciones presentadas anteriormente. En particular, es posible reemplazar cualquier medio por un medio equivalente.

Claims (9)

1. Dispositivo para reducir la vibraciones en un barco provisto de, al menos, dos árboles de propulsión, que comprende medios de servocontrol (REG1, REG2, REG3) del desvío angular (MD) de los dos citados árboles, al menos, sobre una consigna (CD), caracterizado porque comprende medios de calibración para encontrar un desplazamiento angular óptimo (DO) entre estos árboles que corresponde a un mínimo de vibraciones, y medios de mando (COM) para accionar sucesivamente, en respuesta a una señal de mando (CC), los citados medios de calibración y los citados medios de servocontrol, fijando como consigna (CD) el citado desplazamiento angular óptimo (DO).

2. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque, siendo arrastrados los citados árboles por motores eléctricos, comprende medios de medición para deducir el citado desvío angular (MD) de los parámetros de alimentación de los citados motores.

3. Dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque el citado desplazamiento angular óptimo (DO) es detectado a oído.

4. Dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque comprende, además, un captador de vibraciones (VIB) para detectar el citado desplazamiento angular óptimo (DO).

5. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque comprende una cadena de regulación (PBF, DER, REG4) para producir una señal de regulación (RS) que representa las variaciones del nivel de vibraciones, fijando los citados medios de mando (COM) como consigna (CD) la citada señal de regulación (RS) posteriormente al citado desplazamiento angular óptimo (DO).

6. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizado porque la citada señal de regulación (RS) representa la derivada del nivel fundamental de las vibraciones.

7. Dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la citada señal de mando (CC) es accionada manualmente.

8. Dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la citada señal de mando (CC) es accionada a consecuencia de una modificación de las condiciones de funcionamiento del barco.

9. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado porque la citada modificación se refiere a la velocidad de rotación, o a la potencia transmitida a uno de los citados árboles.