ES2244278B2 - Grupo hidraulico drilazgus para la propulsion de barcos a reaccion. - Google Patents

Abstract

Grupo hidráulico para la propulsión de barcos a reacción Consta de dos motores de explosión (17), dos bombas (3) con sus correspondientes tubos de aspiración (7) y expulsión (15), una turbina Pelton (18), un eje común (4) para las cinco máquinas, una cámara de presión (13) y un depósito (8) donde cae el agua después de ser turbinada de forma que con cada partícula de agua consigue dos empujes al mismo tiempo en direcciones opuestas, uno de acción sobre la turbina y otro de reacción sobre la pared de la cámara al salir el agua por la tobera, por lo cual gasta únicamente el 40%, aproximadamente, del combustible que gastan actualmente los sistemas convencionales de propulsión; por otra parte, van instalados otros dos grupos más pequeños, uno en proa y otro en popa, que giran 360 grados para hacer maniobras en los Puertos.

Description

Grupo hidráulico drilazgus para la propulsión de barcos a reacción.

Sector de la técnica

La presente Invención tiene como objetivo fundamental la propulsión y desplazamiento de todo tipo de Barcos, especialmente de mediano y gran tonelaje, con el 40% del combustible que en la actualidad gastan con los sistemas de propulsión convencionales.

Estado de la técnica

Desde hace muchos años, son suficientemente conocidos diferentes sistemas de propulsión, a Vela, o por reacción sobre el agua del Mar, Remos, Ruedas de Paletas, Hélices, etc. Sin embargo, jamás se ha dispuesto de un sistema de propulsión que instalado en el interior del barco, sin contacto alguno con el agua del Mar, por reacción y con agua dulce para evitar la corrosión de las Máquinas, desplace al barco a gran velocidad aunque sea de gran tonelaje.

Breve descripción de los dibujos

Fig. 1.- Sección transversal instalada sobre la quilla del Barco con los detalles más significativos.

Fig. 2.- Sección vista en planta.

Fig. 3.- Sección vista longitudinal.

Descripción de la invención

En realidad aunque con alguna pequeña diferencia, se trata del mismo sistema de funcionamiento de los 60 grupos hidráulicos que irán instalados sobre la plataforma de la central hidraúlica flotante, patentada en la Oficina Española de Patentes y Marcas el día 10-1-2002, con el número P200200048.

En este caso, el grupo hidráulico en lugar de los dos motores asíncronos trifásicos, se compone de dos motores (17) de gasoil o mejor de hidrógeno cuando estén perfeccionados, dos bombas (3) con sus correspondientes tubos de aspiración (7) y expulsión (15), una turbina Pelton (18), un eje común (4) para las cinco máquinas, una cámara de presión (13) de 9 X 1,90 X 1,90 m y un depósito (8) donde cae el agua después de ser turbinada y de donde lo aspiran los tubos de aspiración (7) para introducirlo de nuevo por mediación de las bombas (3) en la cámara de presión (13). El agua de dicho depósito es común para todos los grupos, los cuales van instalados en fila sobre la quilla del barco.

Para poder cebar las bombas (3) de todos los grupos al mismo tiempo, va instalada sobre la plataforma (6) una pequeña motobomba la cual aspira el agua del depósito (8) para introducirlo en dos tuberías (2) de 20 cm. de diámetro más o menos instaladas sobre cada una de las cámaras de presión (13), cada una de estas dos tuberías, irá conectada por mediación de pequeñas tuberías (1 bis) a cada una de las bombas (3) y también irán conectadas entre si mismas por mediación de un tubo transversal sobre el cual irá soldado un tubo de 20 cm de diámetro y 1 metro de alto con una curvatura de 150 grados hacia abajo con el fin de que cuando las bombas estén ya cebadas, aunque la motobomba siga funcionando durante algunos segundos o minutos más, el agua que ya no admiten las bombas, vuelva al depósito (8) ordenadamente.

Al poner las bombas (3) en funcionamiento, la propia presión del agua, hace que se desplace por cada bomba una bola de acero metida en una rejilla dentro del tubo, la cual cierra herméticamente el tubo (1 bis) que se utilizó para cebarla de la misma forma quedan herméticamente cerrados tos tubos (19) que van soldados en la parte alta de las cámaras (13) para expulsar el aire de las mismas, no obstante, para poder cebar las bombas (3), además del sistema descrito, es preciso cerrar las toberas (16) de las cámaras y los tubos de aspiración (7) y de impulsión (15) por lo cual tanto en unas como en otros ira instalada interiormente una pequeña compuerta (9), las cuales en las toberas (16) permanecen cerradas por su propio peso hasta que la presión del agua dentro de las cámaras (13) sea la adecuada para abrirlas hacia arriba por expulsión lo mismo que las compuertas de los tubos de impulsión (15) y las compuertas de los tubos de aspiración (7) que quedan cerradas por el mismo motivo y por el peso del agua que queda por encima de las compuertas (9) dentro de los tubos, se abren también hacia arriba por aspiración al poner las bombas en funcionamiento y también debido a la presión que ejerce el agua del depósito (8) sobre las mismas.

Las toberas en el caso de este nuevo sistema de propulsión no necesitan válvula de aguja ni, por tanto, su sistema de apertura y cierre puesto que, por una parte, la presión del agua dentro de las cámaras es constante y, por otra parte, al parar los grupos únicamente escapa el 50% aproximadamente del agua de las cámaras cayendo al depósito (8) por si misma, o sea, entre la diferencia del nivel del agua del depósito y las toberas, también en este nuevo sistema de propulsión actúa la Ley de la Gravedad con sus correspondientes repercusiones; el agua sale por las toberas (16) a 140 m/s, por tanto, para que salga un caudal de 1.500 l/s. la superficie de las mismas deberá ser de 107 cm^{2} equivalentes a un diámetro interior de 117 mm.

Los motores de explosión (17) deben girar entre 600, 800 ó 1.000 r/m; sus correspondientes ejes salen por los dos extremos del motor y van instalados sobre dos soportes con sus correspondientes cojinetes en medio del eje de las bombas (3) y de las turbinas (18), por tanto, las turbinas giran a las mismas revoluciones que los motores (17) para lo cual el diámetro de las mismas, debe guardar relación con la velocidad del chorro que en este caso es de 140 m/s, el cual consigue el máximo rendimiento cuando la periferia de la turbina gira al 45% en relación a la velocidad del mismo; por tanto, partiendo de esta base, para que las turbinas giren a, 600, 800 ó 1.000 r/m, lo mismo que los motores, el diámetro de su periferia deberá ser de 2,006; 1,505 y 1,204 mm. respectivamente; a esta misma velocidad giran las bombas con ejes acoplados por mediación de chavetas u otro sistema al eje de los motores o a diferente velocidad por mediación de un sistema de engranajes.

El trabajo útil que se consigue con el empuje de reacción está relacionado a la velocidad con la que la energía cinética del chorro impacta sobre el centro de las cucharas de la turbina Pelton (18), o sea, si la periferia de la turbina, para conseguir el máximo rendimiento, tuviera que girar únicamente al 15% de la velocidad del chorro, el empuje por reacción, sólo conseguiría el 15% de trabajo útil. Por el contrario, si la turbina consiguiese el máximo rendimiento cuando su periferia girase al 85% de la velocidad del chorro, el empuje por reacción, conseguiría un trabajo útil del 85%. Esto sería estupendo, pero en la práctica otra de las Leyes de la Naturaleza nos demuestra que no es ni lo uno ni lo otro; estos ejemplos son únicamente para demostrar la importancia que, en este caso, tiene la relación de velocidades entre el chorro y la periferia de la turbina para que entre los dos empujes se pueda conseguir el máximo rendimiento posible que es cuando su periferia gira al 45% de la velocidad del chorro, por tanto entre el empuje de acción o energía cinética del chorro y el empuje de reacción consiguen el 145% antes de pérdidas en relación a lo que se puede conseguir con la energía potencial de un salto convencional de la misma presión y caudal que es del 100% antes de pérdidas, o sea, cada partícula de agua consigue un 45% más de rendimiento debido al empuje de reacción.

La potencia que se puede conseguir con cada grupo hidráulico es muy variable, desde 200 C.V. hasta 200.000 o más para barcos de gran tonelaje y velocidad; no obstante, si queremos instalar una potencia de 50.000 C.V. para un barco ya muy considerable, no es recomendable instalar un solo grupo de 50.000 C.V. sino dos de 25.000; cinco de 10.000; o mejor aún, diez de 5.000 C.V.; de esta forma, podría quedar algún grupo en reserva, tendrían menos vibraciones y, por otra parte, se podrían construir en serie, pudiendo, no obstante, construir grupos en serie de potencias más pequeñas para barcos más pequeños o aviones siempre que se disponga de espacio suficiente y adecuado para poderlos instalar.

Cada grupo para empujar con una potencia de 9.000 C.V. útiles, será de las siguientes características, aunque hay otras alternativas cambiando la presión y el caudal: 100 atmósferas de presión por 1.500 L/S 750 por cada bomba puesto que 100 atmósferas igual a 1.000 metros de altura tenemos 1.000 x
1.500 = 1.500.000 Kms/S entre 75 = 20.000 C.V. como el empuje de reacción pierde el 55% debido a que el empuje de acción o energía cinética del chorro impacta sobre las cucharas de la turbina Pelton con el 55% de su velocidad en dirección opuesta a la dirección del empuje por reacción, quedan el equivalente a un trabajo útil de 9.000 C.V.; sin embargo, aunque el desplazamiento de los barcos u otros medios de transporte se consigue al 100% debido al empuje de reacción y, por tanto, "con agua", para conseguir poner el grupo en funcionamiento y para que siga funcionando constantemente se necesitan dos motores de explosión para compensar las pérdidas de las máquinas por rozamiento, calor, etc. que, en este caso, serán aproximadamente del 22% puesto que no hay tuberías como en los sistemas convencionales, alternadores, transformadores y lo que es más importante entre los dos motores tienen únicamente el 22% de potencia en relación a la que necesitan los sistemas convencionales, no obstante, el 22% de pérdidas del conjunto del grupo hay que aplicarlo no a los 9.000 C.V. útiles sino a los 20.000 C.V., por tanto, tenemos 22% sobre 20.000 igual a 4.400 C.V. que funcionan con gasoil o hidrógeno. O sea, según este ejemplo, para que el grupo consiga 9.000 C.V. útiles habría que gastar el 49% de combustible; sin embargo, en relación a lo que gastan con los sistemas de propulsión convencionales no es el 49% puesto que las máquinas convencionales, incluida la hélice, también tienen como mínimo el 22% de pérdidas, por tanto, sin el grupo hidráulico para conseguir 9.000 C.V. útiles hay que gastar el 100% más el 22% de pérdidas; total el 122% sobre 9.000, igual a 10.980 C.V., por tanto, hay un ahorro de 6.580 C.V. equivalentes al 60%, o sea, gastaría únicamente el 40% del combustible que gastan actualmente con los sistemas convencionales de propulsión. Este porcentaje de ahorro es el mismo para cualquier potencia del grupo, por tanto, en un barco de gran tonelaje, con una potencia de 100.000 C.V. se ahorra el combustible correspondiente a un motor de 60.000 C.V. y por otra parte en todos los barcos quedan sustituidos todos los sistemas convencionales de propulsión incluida la hélice puesto que además de los 5, 10 ó 20 grupos hidráulicos para propulsar el barco van otros dos uno en popa y otro en proa de 2.000 C.V., más o menos, según el tonelaje del barco, instalados sobre una plataforma circular de acero con un eje vertical y una corona de engranajes en contacto con los engranajes del eje de un motor eléctrico instalado sobre una estructura fija de forma que al poner éste en marcha todo el conjunto del grupo pueda girar 360 grados, para lo cual, el depósito donde cae el agua después de turbinada y de donde lo aspiran los tubos de aspiración también será circular lo cual permite hacer las maniobras precisas para atracar en los Puertos.

Para poner cada uno de los grupos en funcionamiento, se ceban las bombas (3), después se ponen en marcha los dos motores de explosión (17) de cada grupo instalados en medio de las dos bombas y de la turbina formando un eje común (4) para las cinco máquinas, por tanto, al acelerar los motores van aumentando las revoluciones tanto de la turbina (18) como de las bombas (3) y, por tanto, la presión del agua en las cámaras (13) por lo cual al salir por las toberas (16) impacta cada vez con más energía cinética sobre las cucharas de la turbina Pelton (18); ésta con la ayuda de dos motores (17) hace girar las dos bombas (3) hasta conseguir la velocidad adecuada para introducir constantemente el agua precisa en las cámaras de presión (13) y el empuje de reacción que se produce en las cámaras de presión al salir el agua por las toberas (16) desplace el Barco a la velocidad adecuada.

Para parar cada uno de los grupos, basta con parar sus correspondientes motores. Aunque se elevaría el precio, el peso y el volumen del sistema de propulsión, cabe la posibilidad de poder sustituir los motores de explosión por motores eléctricos asíncronos trifásicos instalando uno o varios alternadores haciéndolos giran por motores de explosión.

Ventajas

1º.- Al reducir el 60% el consumo de combustible, se reduce su valor, la contaminación, el peso y volumen del mismo en la misma proporción e incluso la contaminación quedará reducida al 100% el día que los motores de hidrógeno estén perfeccionados y se consiga hidrógeno ilimitado y barato por mediación de la electrólisis del agua y de las Centrales Hidraúlicas Flotantes 200200047 y 200200048.

2º.- Con los grupos hidráulicos es más fácil instalar más potencia por tanto se puede conseguir más velocidad y menos vibraciones por ser los motores de mucha menos potencia por unidad.

3º.- Más estabilidad, particularmente en días de tormenta debido a que queda anulada la hélice.

4º.- Menos personal de mantenimiento.

5º.- El peso y volumen de los grupos hidráulicos, para la misma potencia, no será superior, incluido el depósito de agua, al peso y volumen de los sistemas de propulsión convencionales.

Claims (3)

1. Grupo hidráulico para la propulsión de barcos a reacción, caracterizado porque consta de dos motores de explosión (7), dos bombas (3) con sus correspondientes tubos de aspiración (7) y de expulsión (15), una turbina Pelton (18), un eje común (4) para las cinco máquinas, una cámara de presión (13) y un depósito (8) para recoger el agua después de ser turbinada de donde es aspirada por los tubos de aspiración (7) y por mediación de las bombas introducida de nuevo en la cámara de presión (13).

2. Grupo hidráulico para la propulsión de barcos a reacción, según la reivindicación 1ª, caracterizado porque cada partícula de agua, consigue dos empujes al mismo tiempo y de la misma magnitud en direcciones opuestas, uno por acción al impactar el chorro sobre las cucharas de la turbina Pelton (18) y otro por reacción sobre la cámara de presión (13) al salir el agua por la tobera (16) en dirección opuesta el empuje por reacción.

3. Grupo hidráulico para la propulsión de barcos a reacción, según la reivindicación 1ª y 2ª caracterizada porque, tanto el 100% del empuje de acción como el 45% del empuje de reacción, menos las pérdidas de las máquinas por rozamiento, calor, etc., se transforman en trabajo útil al controlar la velocidad de la turbina al 45%, en relación a la velocidad del chorro; el empuje de acción o energía cinética del chorro hace girar la turbina (18) y ésta con la ayuda de los dos motores de explosión (17) hace girar las dos bombas (3), el empuje de reacción empuja la plataforma (6) instalada y soldada interiormente a la quilla del barco (6 bis) sobre la cual van instalados los grupos necesarios para propulsar y desplazar el mismo; por otra parte van instalados otros dos grupos, uno en proa y otro en popa instalados sobre una plataforma circular con un eje vertical, y una corona de engranajes en contacto con otra corona de engranajes del eje de un pequeño motor eléctrico instalado sobre una estructura fija de forma que al poner éste en marcha, hace girar la plataforma circular puesto que el depósito donde cae el agua después de ser turbinada y de donde lo aspiran los tubos de aspiración también es circular para que todo el conjunto del grupo pueda girar 360 grados, con el fin de poder hacer las maniobras precisas para atracar en los Puertos.