ES2236342T3 - Accionamiento de regulacion para una helice de direccion accionada electricamente de un buque de alta mar. - Google Patents
Accionamiento de regulacion para una helice de direccion accionada electricamente de un buque de alta mar.Info
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Abstract
Accionamiento de regulación para una hélice de dirección, en particular accionada eléctricamente, de un buque de alta mar, que está dispuesta en la zona de la popa en una caña giratoria (1) debajo del fondo del buque, en el que la caña (1) de la hélice de dirección es giratoria a través de al menos dos servo-motores eléctricos (8), que están configurados de tal manera que actúan a través de piñones (6) sobre una corona dentada (5), que está en conexión con la parte superior de la caña, de una manera preferida sobre una corona dentada que está dispuesta en el interior de la parte superior de la caña y a cuyo fin se pueden controlar y regular de forma conjunta, y en el que los servo-motores (8) están configurados de tal forma que con ellos se puede aplicar un par motor permanente, y en el que el par motor permanente de los al menos dos servo-motores (8) se puede aplicar de tal manera que se puede contrarrestar la deformación de la corona dentada.
Description
Accionamiento de regulación para una hélice de
dirección accionada eléctricamente de un buque de alta mar.
La invención se refiere a un accionamiento de
regulación para una hélice de dirección, en particular accionada
eléctricamente, de un buque de alta mar, que está dispuesta en la
zona de la popa en una caja giratoria debajo del fondo del
buque.
Las hélices de dirección de los buques grandes
son movidas por servo-motores, que están
configurados, en general, como motores hidráulicos. Los motores
hidráulicos tienen el inconveniente de que se pueden producir fugas
en los puntos de transición desde los conductos hidráulicos hacia
los motores, especialmente en el caso de solicitación a vibración de
larga duración, como existe en las hélices de dirección. La
instalación hidráulica necesaria (bombas y motores) tiene un peso
relativamente alto y una necesidad de espacio considerable.
Para evitar los inconvenientes anteriores ha se
han propuesto servo-motores eléctricos, tal como,
por ejemplo, en el documento WO 00/15495 en el modelo de un motor.
Una forma de realización de un servo-motor eléctrico
para una hélice de dirección mecánica grande ya ha sido suministrada
también por la Firma Solicitante en 1998 a la compañía KAMEWA. En
este caso, se trata de un servo-motor eléctrico con
un accionamiento helicoidal para la corona dentada de la caña de la
hélice de dirección. Tales accionamientos helicoidales son del tipo
de retención automática y permiten una relación de multiplicación
grande.
Se conoce, además, a partir del documento WO
89/05262 una hélice de dirección con dos motores de accionamiento,
que hacen gira, de la misma manera que se describe en la publicación
anterior y en el suministro anterior la hélice de dirección por
medio de un disco con dentado exterior, presentando en este caso el
accionamiento, que se muestra en el documento WO 89/05262 y que
puede tener opcionalmente motores hidráulicos o eléctricos, dos
motores de accionamiento.
Una construcción similar se muestra también en el
documento WO 00/44617 para motores hidráulicos como
servo-motores.
Un accionamiento de regulación con un motor
eléctrico para la rotación de la caña de una hélice de dirección se
conoce, además, a partir del documento
WO-A-0037308.
El cometido de la presente invención es mejorar
un accionamiento de regulación eléctrico de este tipo para la
rotación del la caja de una hélice de dirección, de tal manera que
se posibilita una fijación eficiente de la caja de la hélice de
dirección.
El cometido se soluciona porque la caña de la
hélice de dirección es giratoria a través de al menos dos
servo-motores eléctricos, que están configurados de
tal manera que actúan a través de piñones sobre una corona dentada,
que está en conexión con la parte superior de la caña, de una manera
preferida sobre una corona dentada que está dispuesta en el interior
de la parte superior de la caña y a cuyo fin se pueden controlar y
regular de forma conjunta, y en el que los
servo-motores están configurados de tal forma que
con ellos se puede aplicar un par motor permanente y en el que el
par motor permanente de los al menos dos
servo-motores se puede aplicar de tal manera que se
puede contrarrestar la deformación de la corona dentada.
De esta manera, se suprime un freno de detención
adicional para la caña y se puede realizar incluso a través de una
activación eléctrica adecuada, una amortiguación de la caja. A
través del muelle de compresión, que parte desde las hélices, se
obtiene una excitación permanente de la caja, especialmente en las
hélices de dirección eléctricas con una hélice de tracción, puesto
que las hélices de dirección eléctricas requieren una caña con
sección transversal grande. En este caso, se puede evitar con
seguridad por medio de la retención mutua de los al menos dos
servo-motores un impacto de los piñones y se puede
suprimir un freno.
De esta manera, resulta una forma de realización
configurada especialmente economizadora de espacio de un
accionamiento de regulación para hélices de dirección grandes, en la
que se puede prescindir totalmente de elementos hidráulicos. Se
pueden evitar las dificultades unidas con una instalación hidráulica
con respecto a la hermeticidad del entubado, a la regulación del
aceite hidráulico y a la necesidad grande de espacio. El personal de
reparación de un buque equipado con el accionamiento de regulación
según la invención no tiene que estar instruido para la manipulación
y el mantenimiento de componentes hidráulicos, es suficiente el
conocimiento del manejo de motores eléctricos.
En una configuración de la invención está
previsto que los servo-motores estén configurados
como motores eléctricos (PEM) excitados de forma permanente, que
están conectados a través de piñones con una corona dentada. Los
motores eléctricos excitados de forma permanente tienen la ventaja
de que pueden ceder un par motor alto también con números de
revoluciones bajos. De esta manera, es posible de forma muy
ventajosa la utilización de motores relativamente pequeños, que
ahorran espacio. Se conocen, por ejemplo, a partir de la
construcción de máquinas herramientas motores eléctricos
correspondientes, excitados de forma permanente.
En otra configuración de la invención está
previsto que los servo-motores estén configurados
como motores de transmisión, en los que la transmisión presenta un
piñón de salida. Se pueden emplear de una manera ventajosa motores
de corriente trifásica convencionales, en los que la necesidad de
espacio adicional no es muy significativa. Tanto en el caso de
utilización de motores eléctricos excitados de forma permanente como
también de motores de corriente trifásica habituales con
transmisiones embridadas, los servo-motores
eléctricos son tan pequeños que se pueden disponer sin mayores
dificultades en la parte superior de la caña. De esta manera, se
obtiene una reducción más considerable de la altura de construcción
del accionamiento de regulación, de manera que se puede aprovechar
el espacio de carga por encima de la hélice de dirección mejor que
hasta ahora.
Es especialmente ventajoso que los
servo-motores se puedan controlar y regular de
acuerdo con curvas características. De esta manera, se puede
conseguir un arranque suave para los servo-motores
durante la realización de movimientos de ajuste, siendo accionado,
por ejemplo, uno de los servo-motores y siendo
frenado el otro -naturalmente con par motor reducido-. A través de
la utilización de una regulación de curvas características es
posible en este caso de una manera especialmente ventajosa
intervenir sobre las propiedades dinámicas especialmente de hélices
de dirección eléctricas con dos hélices, que necesitan de una manera
especial durante la rotación, debido a la diferente corriente de
salida en diferentes zonas de la bocana del barco, según la posición
fuerzas de regulación de diferente magnitud para la realización de
un movimiento giratorio uniforme.
Los servo-motores presentan de
una manera ventajosa aparatos de medición del número de revoluciones
y de medición del sentido de giro. De esta manera, se puede
establecer la posición exacta de la caña a través de contadores
sencillos y se puede suprimir una instalación sensora adicional de
la posición de giro.
De una manera ventajosa, el accionamiento de
regulación está conectado con la instalación de propulsión del buque
que trabaja eléctrica / electrónicamente. De esta manera es posible
conseguir una influencia directa del accionamiento de regulación a
través de la instalación de propulsión del buque. La instalación de
propulsión del buque contiene en este caso de una manera ventajosa
memorizas con curvas óptimas, dado el caso también curvas límite,
con las que se tienen en cuenta la dependencia de la velocidad de
giro de las hélices de dirección respecto de la velocidad del buque
y/o de la instalación de par de la hélice de dirección. De esta
manera, se pueden evitar ajustes demasiado rápidos, que conducirían
a maniobras no están adaptadas a la velocidad del buque. Se conoce
proveer las hélices de dirección eléctricas con un modo de puerto y
un modo de propulsión libre. Entre estos dos estados de
funcionamiento resultan, sin embargo, todavía una pluralidad de
otros estados de funcionamiento, que deben dominarse igualmente con
seguridad. Esto es posible a través de la curva característica
predeterminada según la invención.
Además, está previsto que las unidades de
alimentación de energía, que son necesarias para el funcionamiento
de los servo-motores, presenten una alimentación de
corriente ininterrumpida (USV). De esta manera, se proporciona en
cualquier momento un accionamiento seguro de los accionamientos de
ajuste. Los servo-motores son alimentados con
energía de una manera ventajosa a través de convertidores de
circuito intermedio, presentando los circuitos intermedios una
resistencia de freno. De esta manera, es posible realizar de una
manera rápida y controlada no sólo el comienzo de la rotación de la
caña a través del accionamiento de regulación, sino también su
terminación.
El accionamiento de regulación según la invención
despliega sus ventajas especialmente durante el accionamiento de una
hélice de dirección, que está equipada con dos hélices individuales
en los extremos. Un accionamiento de este tipo es especialmente
crítico en su control, por lo que el accionamiento directo eléctrico
propuesto según la invención repercute de una manera especialmente
favorable con las posibilidades para el control y regulación
directos a través de curvas características. Además, se puede
influir todavía de una manera favorable sobre el comportamiento
oscilante de la hélice de dirección.
A continuación se explica en detalle la invención
con la ayuda de dibujos, a partir de los cuales se pueden deducir
otros detalles que son también esenciales de la invención. En
particular:
La figura 1 muestra una hélice de dirección con
sus instalaciones de alimentación de energía en una vista
esquemática.
La figura 2 muestra el circuito eléctrico de
cuatro servo-motores en una forma de realización
especialmente favorable.
La figura 3 muestra una curva característica
lineal de la curva de par y
La figura 4 muestra otra curva característica del
par motor.
En la figura 1 se designa con 1 la caña de la
hélice de dirección y con 2 la carcasa de un motor eléctrico, que
está instalado en la parte inferior de la caña 1 de la hélice de
dirección. Con 3 se designa una hélice, que es accionada por el
motor en la carcasa 2 y con 4 se designa una segunda hélice, que es
accionada igualmente por el motor en la carcasa 2. Entre las dos
hélices 3 y 4 se encuentra un árbol de motor con preferencia
continuo no representado en detalle. En el lugar de la carcasa 2
para un motor eléctrico puede estar dispuesta también la carcasa de
una transmisión para una hélice de dirección accionada
mecánicamente, encontrándose entonces en el centro de la caña 1 el
árbol de accionamiento para la hélice de dirección accionada
mecánicamente y pudiendo estar realizada la caña 1 de una manera
correspondientemente más esbelta.
En la parte superior de la caña 1 se encuentra
una corona dentada 5 que está configurada de una manera ventajosa
con un dentado interior, que es accionado por medio de piñón 6 a
través de la transmisión 7 desde los motores eléctricos 8. En el
caso de utilización de motores eléctricos de par motor especialmente
fuerte, por ejemplo motores PEM, se puede suprimir, dado el caso, la
transmisión. Entonces es especialmente sencillo disponer los motores
8 dentro de la parte superior de la caña 1. Los motores 8 presentan
contadores del número de revoluciones y contadores del sentido de
giro 9, a través de los cuales se puede detectar la posición del
timón.
El accionamiento de regulación está conectado en
la red de a bordo, que presenta de una manera opcional 400 V / 50 Hz
o 450 V / 60 Hz. A través de un elemento de conmutación 15 se
alimenta energía a un convertidor de circuito intermedio con una
parte de entrada 10 y con una parte de salida 11 así como con el
circuito intermedio 12 desde la red de a bordo de tensión media. En
el circuito intermedio 12 está dispuesta de una manera ventajosa una
resistencia de freno 13. Para el caso de un fallo de la red de a
bordo está prevista una alimentación de corriente ininterrumpida 14,
que está conectada de una manera ventajosa con el circuito
intermedio de corriente continua 12. De esta manera se asegura que
sea posible una aplicación del timón también en el caso de fallo de
la red de a bordo.
En la figura 2, que muestra un accionamiento de
regulación con cuatro motores, se pueden prever, sin embargo, con la
misma estructura de circuito también seis, ocho o incluso todavía
más motores para el accionamiento de regulación, siendo esto una
función del tamaño del buque y de los cometidos del buque, donde los
números 16, 17, 18, 19 designan los cuatro motores. Estos motores
actúan sobre piñones 20, 21, 22, 23, que están configurados en la
forma de realización mostrada como piñón dentado normal. No
obstante, se pueden utilizar de la misma manera piñones helicoidales
u otros elementos mecánicos. Los motores son alimentados con energía
en cada caso en grupos de dos desde convertidores 24, 25 y 26, 27.
Los motores pueden ser accionados en particular o en grupos de una
manera no representada, de manera que son posibles una sujeción
mutua de piñones individuales, un engrane sucesivo en el caso de
movimientos giratorios y la aplicación de un par previamente
determinado. Los convertidores presentan circuitos intermedios 28 y
29 y son alimentados con energía eléctrica en caso de emergencia a
través de unidades 30 y 31 de alimentaciones interrumpidas de
corriente. En lugar de la alimentación ininterrumpida de corriente
para los grupos individuales se puede utilizar también una
alimentación de corriente 34 ininterrumpida común 34, como existe,
por ejemplo, para el funcionamiento del puente. Los grupos
individuales están conectados a través de conmutadores de potencia
32 y 33 con la red de a bordo, de una manera preferida con una red
de a bordo en realización redundante.
La figura 3 muestra una curva característica en
una forma muy sencilla, en la que la zona I muestra el par
permanente aplicado, que impide que pueda tener lugar un impacto del
piñón respectivo. Con II se designa la aceleración con una elevación
constante del par motor y con III se designa el par de accionamiento
cuando el motor eléctrico ha alcanzado su número nominal de
revoluciones.
En la figura 4 se muestra una curva
característica modificada, que provoca una aceleración especialmente
suave del accionamiento. En la sección IV de la figura 4 está
previsto un retraso constante de la elevación del par motor hasta
que se ha alcanzado el par nominal.
Las curvas características en las figuras 3 y 4
solamente deben entenderse como ejemplos y se entiende que éstas
curvas están configuradas de una manera específica del buque y son
superpuestas por otras curvas características, que están alineadas
sobre la dependencia del ángulo de giro del par motor a aplicar. De
esta manera se tienen en cuenta las diferentes relaciones de ataque
de la corriente durante el movimiento giratorio de la hélice de
dirección. Esto es especialmente necesario cuando debajo del buque
están dispuestos cuerpos de guía de la circulación, que provocan en
sus estelas de la circulación un ataque lento de la corriente en la
hélice de dirección. Entonces, durante el movimiento giratorio de la
hélice de dirección se producen modificaciones con respecto a la
demanda de fuerza giratoria, que son dependientes de la velocidad y
que son contrarrestadas de una manera ventajosa por medio de
modificaciones del par motor de los motores.
Claims (11)
1. Accionamiento de regulación para una hélice de
dirección, en particular accionada eléctricamente, de un buque de
alta mar, que está dispuesta en la zona de la popa en una caña
giratoria (1) debajo del fondo del buque, en el que la caña (1) de
la hélice de dirección es giratoria a través de al menos dos
servo-motores eléctricos (8), que están configurados
de tal manera que actúan a través de piñones (6) sobre una corona
dentada (5), que está en conexión con la parte superior de la caña,
de una manera preferida sobre una corona dentada que está dispuesta
en el interior de la parte superior de la caña y a cuyo fin se
pueden controlar y regular de forma conjunta, y en el que los
servo-motores (8) están configurados de tal forma
que con ellos se puede aplicar un par motor permanente, y en el que
el par motor permanente de los al menos dos
servo-motores (8) se puede aplicar de tal manera que
se puede contrarrestar la deformación de la corona dentada.
2. Accionamiento de regulación según la
reivindicación 1, caracterizado porque los
servo-motores (8) están configurados como motores
eléctricos (PEM) excitados de forma permanente, que están conectados
con la corona dentada (5) a través de piñones (6).
3. Accionamiento de regulación según la
reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque los
servo-motores (8) están configurados como motores de
transmisión, en los que la transmisión presenta un piñón de
salida.
4. Accionamiento de regulación según la
reivindicación 1, 2 ó 3, caracterizado porque los
servo-motores (8) están dispuestos en la parte
superior de la caña.
5. Accionamiento de regulación según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los
servo-motores (8) se pueden controlar y regular de
acuerdo con curvas características.
6. Accionamiento de regulación según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los
servo-motores (8) presentan aparatos de medición del
número de revoluciones y de medición del sentido de giro (9).
7. Accionamiento de regulación según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los
servo-motores (8) presentan instalaciones de
conmutación (15), aparatos de control y reguladores, que están
conectados con una instalación de propulsión del buque que trabaja
eléctrica / electrónicamente.
8. Accionamiento de regulación según la
reivindicación 7, caracterizado porque para los
servo-motores están memorizados datos del
accionamiento de regulación, de una manera preferida en función de
la velocidad del buque y del ángulo de giro previsto del buque,
especialmente en una memoria no volátil.
9. Accionamiento de regulación según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las
unidades de alimentación de energía, que son necesarias para el
funcionamiento de los servo-motores (8), presentan
una alimentación de corriente (14) ininterumpida.
10. Accionamiento de regulación según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los
servo-motores (8) se pueden alimentar con energía a
través de rectificadores de circuitos intermedios de la tensión (10,
11) y presentan de una manera preferida una resistencia de freno
(13).
11. Accionamiento de regulación según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la hélice
de dirección giratoria está configurada de forma esencialmente
cilíndrica y presenta una hélice respectiva (3 y 4) en sus extremos,
estando optimizadas las curvas características de regulación para
esta forma.
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