ES2267049T3 - Embarcacion rapida sin columna de humo propulsada por al menos una pr opulsion de chorro de agua. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento operativo para una embarcación de superficie rápida que, además de un propulsor de hélice presenta al menos una propulsión por chorro de agua bajo la embarcación, en el que la energía de empuje se crea mediante motores de combustión, por ejemplo turbinas de gas, y en el que los gases de escape creados por los motores de combustión se distribuyen al agua mediante el chorro de agua de la propulsión por chorro de agua bajo la embarcación, y en el que la velocidad del chorro de agua de la propulsión por chorro de agua se ajusta de acuerdo con los requisitos de descarga y distribución de los gases de escape de tal manera que la velocidad del chorro de agua de la propulsión por chorro de agua sea independiente de la velocidad de la embarcación.
Description
Embarcación rápida sin columna de humo
propulsada por al menos una propulsión de chorro de agua.
La invención se refiere a un procedimiento
operativo y a un dispositivo de propulsión para un vehículo acuático
grande, por ejemplo para una embarcación de superficie militar
rápida que presenta al menos una propulsión por chorro de agua
("waterjet") bajo la embarcación, en el que la energía de
propulsión se crea mediante motores de combustión, por ejemplo
turbinas de gas, y en el que los gases de escape creados por los
motores de combustión se distribuyen al agua mediante el chorro de
agua de la propulsión por chorro de agua bajo la embarcación.
Por el documento DE 101 41 893 A1 se conoce un
dispositivo de propulsión correspondiente al anterior para una
embarcación de superficie militar rápida. En el caso de la
embarcación de superficie militar rápida conocida es necesario
llevar la embarcación en primer lugar a velocidad de crucero, por
ejemplo mediante energía eléctrica a partir de pilas de
combustible, y entonces conectar adicionalmente la propulsión del
chorro de agua, con lo cual mediante el chorro de agua accionado a
gran potencia se consigue una distribución de los gases de escape
de los motores de combustión en el agua. Se conoce un dispositivo de
propulsión similar por el documento
US-A-4 611 999.
El objetivo de la invención es proporcionar un
procedimiento operativo y un dispositivo de propulsión para un
vehículo acuático grande, también para un vehículo acuático grande
civil, por ejemplo un trasbordador rápido, un gran yate o
similares, en el que pueda lograrse también, sin el uso de
electroenergía para alcanzar la velocidad de crucero (normal), una
propulsión no detectable sin columna de humo, es decir libre de
emisiones. En este sentido, el coeficiente de rendimiento de la
propulsión no debe disminuir y la resistencia de la embarcación
debe reducirse. Esto se consigue mediante la incorporación de
burbujas de gases de escape en la capa límite del casco de la
embarca-
ción.
ción.
El objetivo se soluciona ajustando la velocidad
de salida del chorro de agua de la propulsión por chorro de agua de
manera correspondiente a los requisitos de descarga y distribución
de gases de escape. Gracias a que la velocidad del chorro de agua
de la propulsión por chorro de agua se ajusta de forma
correspondiente a los requisitos de descarga y distribución de
gases de escape, y ya no, como era habitual hasta ahora en las
propulsiones por chorro de agua, de forma correspondiente a los
requisitos de la velocidad de la embarcación, es posible de manera
ventajosamente sorprendente que, también a velocidades reducidas y,
dado el caso, incluso con la embarcación detenida, se alcance una
descarga de los gases de escape bajo la embarcación. Mediante la
descarga de los gases de escape bajo la embarcación también en caso
de velocidades bajas de la embarcación o al arrancar la embarcación
se produce, también para embarcaciones que presentan propulsión
eléctrica pequeña, de manera muy ventajosa la posibilidad de
propulsarlas a cualquier velocidad sin columna de humo. Así, en el
caso de buques militares de la marina, la localización mediante,
por ejemplo, sensores de infrarrojos, se dificulta
considerablemente y se consigue, lo que es especialmente importante
para embarcaciones con pasajeros exigentes, que no se encuentren en
absoluto gases de escape en la zona posterior de la embarcación e
igualmente que se evite con seguridad una precipitación de negro de
humo de los motores diesel. Tanto para las buques militares de la
marina como para embarcaciones civiles se derivan por tanto
importantes ventajas de la propulsión de la embarcación.
En este sentido se prevé que el vehículo
acuático presente al menos una propulsión por chorro de agua
accionada eléctricamente, en el que la energía eléctrica se crea al
menos parcialmente mediante generadores accionados por motores de
combustión, por ejemplo turbinas de gas. Así, los componentes de la
propulsión pueden disponerse de manera especialmente favorable en
la embarcación e introducirse en la zona de carga parcial de manera
efectiva. Por lo tanto, es posible disponer la propulsión por
chorro de agua en la parte delantera de la embarcación, por ejemplo
al principio del trazado paralelo del casco. De ello se deriva de
manera ventajosa que la mezcla de gas y agua creada por la
propulsión por chorro de agua circula rodeando casi todo el casco
disminuyendo la fricción.
En una configuración de la invención se prevé
que la descarga de gases de escape en el agua bajo la embarcación
tenga lugar sin aumentar (comprimir) la presión de los gases de
escape. Así puede prescindirse de la instalación de compresores o
eyectores de gases de escape para la descarga de los gases de escape
en el agua. El coeficiente de rendimiento de la instalación de
propulsión tampoco se reduce por la necesidad de energía de los
compresores o eyectores.
En otra configuración de la invención se prevé
que, por la velocidad del chorro de agua en la salida del chorro de
agua desde la propulsión por chorro de agua, se cree un campo de
depresión, con una presión que se sitúa por debajo de la presión de
los gases de escape. De este modo es posible de manera ventajosa
aumentar incluso el coeficiente de rendimiento de los motores de
combustión, que normalmente depende de la contrapresión de los gases
de
escape.
escape.
Se prevé adicionalmente en una configuración de
la invención que la velocidad del chorro de agua de la propulsión
por chorro de agua se ajuste de manera independiente a la velocidad
de la embarcación. En las propulsiones por chorro de agua
convencionales, la velocidad del chorro de agua expulsado por la
propulsión por chorro de agua no es independiente de la velocidad
de la embarcación. Esto podría conducir a que la cantidad de gases
de escape creada por los motores de combustión no pueda repartirse
en la zona de carga parcial porque la embarcación se desplaza
demasiado despacio. Esto se evita mediante la configuración según la
invención.
En una configuración de la invención se prevé
además que la velocidad del chorro de agua de la propulsión por
chorro de agua se ajuste mediante la modificación de la sección
transversal del chorro de agua. De este modo es posible una
realización especialmente sencilla de manera ventajosa del
procedimiento operativo de la invención.
La velocidad del chorro de agua de la propulsión
por chorro de agua puede ajustarse también mediante una modificación
controlada de la velocidad del agua que atraviesa la propulsión por
chorro de agua, por ejemplo mediante velocidades del rotor
modificadas, aunque de manera especialmente ventajosa, se realiza
mediante la modificación de la velocidad del agua que atraviesa la
propulsión por chorro de agua a través de elementos de ajuste,
especialmente a través de álabes móviles que pueden ajustarse de
forma controlada del rotor de la propulsión por chorro de agua.
Mediante álabes móviles que pueden ajustarse de forma controlada del
rotor de la propulsión por chorro de agua es posible incluso que al
arrancar la embarcación ya se cree un chorro de agua suficientemente
rápido para la evacuación de los gases de escape. Por tanto también
es posible un arranque sin columna de humo de la embarcación sólo
mediante una propulsión por chorro de agua accionada por un motor de
combustión y esto con un coeficiente de rendimiento elevado. La
descarga de los gases de escape en el agua puede realizarse en este
caso de manera totalmente independiente a la velocidad de la
embarcación y se trata de embarcaciones que arrancan sin columna de
humo que no disponen de energía eléctrica almacenada ni generada.
Esto es especialmente importante para embarcaciones de bajo
coste.
El ajuste de la velocidad del chorro de agua de
la propulsión por chorro de agua se realiza de manera especialmente
ventajosa mediante una modificación controlada de la sección
transversal del chorro de agua, por ejemplo a través de una tobera
de sección transversal variable en la salida del chorro de agua. Se
trata de una solución mecánica especialmente sencilla. Una
respuesta operativa especialmente favorable se da, en este caso,
cuando la modificación de la sección transversal se produce
mediante elementos conductores dispuestos dentro del chorro de
agua, por ejemplo secciones tubulares que pueden desplazarse
axialmente. Por tanto, a pesar de los elementos conductores, es
posible una configuración del chorro de agua con poca fricción y
poca turbulencia. Se obtiene al mismo tiempo una solución mecánica
especialmente sencilla y robusta.
En otra configuración de la invención se prevé
que la modificación de la sección transversal se realice mediante
elementos conductores dispuestos en el exterior del chorro de agua,
por ejemplo válvulas. Las válvulas, que pueden configurarse tanto
perpendiculares a la configuración del chorro de agua como
rodeándolo como un diafragma de iris, pueden moverse mecánica o
hidráulicamente de forma sencilla. Especialmente ventajoso es que
pueda darse al chorro de agua una sección transversal ajustada de
forma controlada que se desvía de una forma circular, especialmente
una sección transversal cuadrada o rectangular, por ejemplo mediante
una forma y tamaño de la tobera de salida correspondiente que puede
adaptarse hidrodinámicamente de forma óptima a la forma de la
embarcación (ruido y resistencia de la embarcación). Por tanto es
posible realizar una forma del chorro de agua adaptada al tipo
concreto de embarcación, por ejemplo, para embarcaciones planudas,
un chorro de agua de forma plana, sin perder las ventajas de la
velocidad del chorro de agua ajustada independientemente de la
velocidad de la embarca-
ción.
ción.
En el marco de la invención se prevé
adicionalmente que la velocidad del chorro de agua de la propulsión
por chorro de agua se ajuste entre valores límite que son
independientes de la velocidad de al embarcación. Mediante la
presentación de valores límite, por ejemplo para la velocidad mínima
del chorro de agua, puede lograrse que los gases de escape salgan
con seguridad en una cantidad suficiente incluso cuando la
embarcación sólo se desplaza lentamente. El valor límite superior
se establece de manera ventajosa mediante una salida libre del
chorro de agua con la mayor cantidad de agua posible.
En el marco de la realización de la invención se
prevé un dispositivo de propulsión para llevar a cabo el
procedimiento operativo para un vehículo acuático con una propulsión
por chorro de agua dispuesta bajo la embarcación, en el que, en la
salida del chorro de agua creado por la propulsión por chorro de
agua, está dispuesto un dispositivo de descarga de gases de escape
bajo el agua que es atravesado axialmente por el chorro de agua de
la propulsión por chorro de agua, por ejemplo una cámara configurada
esencialmente redonda para la descarga de los gases de escape en el
agua bajo la embarcación. Con el dispositivo de descarga de gases
de escape bajo el agua previsto, en el que está presente un chorro
de agua de la propulsión por chorro de agua regulable dependiendo
de la cantidad de gases de escape, la invención puede realizarse de
manera ventajosamente sencilla. Entre todos los requisitos de
navegación de la embarcación está una descarga segura de los gases
de escape en el agua y su distribución de tal manera que los gases
de escape, finamente dispersados en la capa límite, reducen la
resistencia de la embarcación.
En una configuración de la invención se prevé
que el dispositivo de descarga de gases de escape bajo el agua para
la descarga de los gases de escape en el agua se configure como
segmento coaxial de la tobera de gases de escape. Mediante un
segmento coaxial de la tobera de gases de escape, es decir, un
segmento de tobera que está configurado de manera coaxial con
respecto al espacio de los gases de escape que rodea el chorro de
agua de la propulsión por chorro de agua, la invención puede
realizarse de forma especialmente ventajosa.
Se prevé adicionalmente que, en el dispositivo
de descarga de gases de escape bajo el agua, esté dispuesto un
elemento central ajustable en sección transversal, por ejemplo un
dispositivo telescópico que provoca el ajuste de la velocidad del
chorro de agua en el dispositivo de descarga de gases de escape bajo
el agua. Así se obtiene un segmento de tobera de gases de escape
coaxial con un coeficiente de rendimiento especialmente bueno y con
una configuración robusta. Su funcionamiento es tal que, incluso en
caso de una modificación de la sección transversal del chorro de
agua, no aparece ningún aumento del ruido de la tobera. Esto es
especialmente importante para buques militares de la marina.
En otra configuración de la invención se prevé
que, en el dispositivo de descarga de gases de escape bajo el agua,
esté dispuesto un elemento exterior ajustable en sección
transversal, por ejemplo un diafragma controlable. El elemento
exterior para el ajuste de la sección transversal del chorro de agua
también puede utilizarse en combinación con el elemento interior y
permite en una realización mecánica sencilla, por ejemplo en forma
de un dispositivo de ajuste accionado por palanca, la reducción de
la sección transversal del chorro de agua de la propulsión por
chorro de agua según la invención.
Tanto el elemento interior como exterior pueden
complementarse con los álabes de desvío del chorro de agua
conocidos para el ajuste de la dirección del chorro de agua o
también para su inversión. El efecto de salida para los gases de
escape según la invención no se verá perjudicado por esto.
El dispositivo de propulsión según la invención
presenta un sistema de tubos para los gases de escape en el
segmento coaxial de tobera de gases de escape, en el que está
presente de manera ventajosa al menos una válvula de retención
controlada mediante contrapresión. De este modo puede evitarse que,
en caso de una detención de la embarcación, el agua vuelva al
sistema de tubos y por tanto también a los motores de combustión.
Aparte de esta válvula de retención, el sistema de tubos presenta
de manera ventajosa también elementos de bloqueo controlados, por
ejemplo válvulas o compuertas que son independientes de la
contrapresión y puede utilizarse especialmente en puertos o durante
la navegación mediante un propulsor.
Las paredes y/o los álabes de la propulsión por
chorro de agua presentan de manera ventajosa, dado el caso, un
recubrimiento de material elastomérico. Puede ser por ejemplo goma
dura aunque también un material plástico reforzado con fibra. De
este modo se evitan la aparición de cavitaciones así como se logra
una amortiguación del ruido del chorro de agua saliente. Se conocen
recubrimientos correspondientes en el campo de las bombas
centrífugas, pero es novedoso preverlos para propulsiones por chorro
de agua.
En otra configuración de la invención se prevé
que el dispositivo de propulsión presente al menos un propulsor de
hélice de timón o un propulsor cicloidal como elemento de control y
empuje de la embarcación. De este modo es posible de manera
ventajosa prescindir de álabes móviles en la propulsión por chorro
de agua porque el propulsor de hélice de timón puede llevar la
embarcación a tal velocidad que la propulsión por chorro de agua
funcione con un coeficiente de rendimiento óptimo con una buena
relación entre la presión de entrada y de salida. Así se consigue
sin problemas el campo de depresión previsto de manera ventajosa en
la salida del chorro de agua de la propulsión por chorro de agua.
Para el funcionamiento del propulsor de hélice de timón o del
propulsor cicloidal se prevé que, en caso de un arranque eléctrico,
el dispositivo de arranque presente, por ejemplo además de un
generador, al menos otra fuente de energía eléctrica, por ejemplo
acumuladores o instalaciones de pilas de combustible que permitan
una conducción de la embarcación sin gases de escape. En caso de
embarcaciones más pequeñas, el propulsor de hélice de timón también
puede disponerse de manera retráctil en la zona de proa. Entonces
puede prescindirse del habitual propulsor de proa ("bow
thruster").
Se prevé además que un motor de combustión para
el arranque del vehículo acuático presente un conducto de gases de
escape que pueda conectarse de forma opcional en el agua o en la
atmósfera.
Para el control y la regulación del
procedimiento operativo según la invención se prevé que, en el
dispositivo de descarga de gases de escape bajo el agua, para la
alimentación de los gases de escape hacia el chorro de agua de la
propulsión por chorro de agua, estén presentes sensores para la
medición de la presión; igualmente se prevén sensores para la
medición de la presión en el sistema de tubos para los gases de
escape. Así puede lograrse con sensores sencillos y robustos un
funcionamiento seguro.
Para el control y la regulación del chorro de
agua resulta ventajoso, dependiendo de la descarga de gases de
escape, que haya un sistema de automatización con dispositivos de
automatización que alivia el trabajo de la tripulación de la
embarcación e impide errores de conexión. Además, mediante funciones
de plataforma se consigue un control coordinado de los componentes
individuales de la propulsión.
El sistema de automatización no sólo actúa sobre
los elementos en la propulsión por chorro de agua que influyen en
la velocidad de la propulsión por chorro de agua y en las relaciones
de presión, sino también sobre los elementos de ajuste y los
elementos de cierre en el sistema de tubos para los gases de escape.
El sistema de automatización se dispone ventajosamente "in
situ". Comprende, entre otras, la automatización del motor
de combustión (turbina de gas o motor diesel), del generador y de la
propulsión por chorro de agua así como del sistema de tubos para
los gases de escape. Controla y regula de manera ventajosa tanto la
disponibilidad de servicio (por ejemplo, presiones y temperaturas),
el arranque y el funcionamiento (por ejemplo, el número de
revoluciones y las posiciones de los elementos de ajuste) como los
dispositivos de conexión y ajuste eléctricos necesarios (por
ejemplo, disyuntor, regulador AC-AC o
AC-DC). Para alcanzar una redundancia se prevé en
este sentido que un segundo sistema de automatización
correspondiente se encuentre al menos parcialmente en la
automatización global de la propulsión. De este modo se obtiene una
automatización ventajosamente total del dispositivo de propulsión
en relación a la propulsión por chorro de agua como componente de
propulsión.
En una configuración de la invención se prevé
además que el calor de los gases de escape se aproveche a través de
un sistema de intercambio de calor para otros dispositivos
operativos, por ejemplo para generar agua caliente y/o para la
desalinización del agua del mar. Así puede reducirse de manera
ventajosa la energía necesaria para esto a bordo de la embarcación
en cuestión.
El dispositivo de propulsión según la invención
se controla por ejemplo principalmente según el requisito de
velocidad de la embarcación. En este sentido, con embarcaciones con
uno o más propulsores de hélice de timón eléctricos en la zona de
popa que, en caso de una velocidad relativamente baja, proporcionan
el empuje necesario para la velocidad deseada de la embarcación,
también se prevé un funcionamiento simultáneo de la propulsión por
chorro de agua. Esto tiene la ventaja de que, de este modo, puede
compensarse la resistencia de carena de la embarcación incrementada
por la disposición de la propulsión por chorro de agua en el lado
inferior de la embarcación. Así no se obtiene ningún influjo
negativo por la modificación de la carena del casco por la
propulsión por chorro de agua. Es ventajoso un movimiento conjunto
de la propulsión por chorro de agua en embarcaciones que, además de
la propulsión por chorro de agua también presentan propulsores de
timón eléctricos o un propulsor eléctrico sencillo, previsto al
menos en el intervalo de velocidades de 2 a 3 Kn. A partir de esta
velocidad también es posible alcanzar la depresión o presión cero
necesaria para la descarga de los gases de escape mediante la
reducción de la sección transversal del chorro de agua de la
propulsión por chorro de agua, sin tener que trabajar con álabes
móviles en la propulsión por chorro de agua.
Para el uso del dispositivo de propulsión según
la invención en embarcaciones sin propulsor de hélice de timón
eléctrico ni propulsores eléctricos habituales, los álabes móviles
del rotor de la propulsión por chorro de agua tampoco necesitan ya
a partir de 2 a 3 Kn ajustarse en la posición de aspiración, tal
como en la operación de arranque, sino que puede funcionar con la
posición de empuje normal de los álabes del rotor de la propulsión
por chorro de agua. La posición de los álabes móviles de la
propulsión por chorro de agua puede por tanto optimizarse para el
empuje.
La invención se explicará en detalle con ayuda
de los dibujos, a partir de los que, al igual que de las
reivindicaciones, pueden evidenciarse otras ideas de la invención.
Los dibujos deben entenderse como complemento de las figuras 1 y 2
del documento publicado mencionado del estado de la técnica.
Los dibujos muestran individualmente en:
la figura 1, la conducción de gases de escape de
un dispositivo de propulsión en relación a la propulsión por chorro
de agua y en
la figura 2, un ejemplo de la disposición de un
elemento de modificación de la sección transversal del chorro de
agua en la propulsión por chorro de agua así como en
la figura 3, un esquema con las magnitudes de
entrada y de salida en la propulsión por chorro de agua.
En la figura 1 con la referencia 1 se designa un
motor de combustión, en este caso una turbina de gas del tipo
LM2500 de la empresa MTU. La turbina de gas acciona un generador 2,
en este caso un generador de 16 MW. Con 3 se designa el segmento de
tobera que funciona coaxialmente, en el que el chorro 5 de agua
indicado esquemáticamente arrastra el gas de escape que rodea
coaxialmente al chorro de agua. El chorro 5 de agua se crea por el
rotor 4, que puede accionarse por ejemplo por un árbol rotor. La
flecha 6 doble simboliza la posibilidad de ajuste de la sección
transversal en la salida de la propulsión por chorro de agua, para
conferirle la velocidad necesaria incluso con una velocidad de
marcha pequeña de la embarcación, para expulsar el gas de escape
desde el espacio de la salida de la propulsión por chorro de agua.
En este caso puede ajustarse la velocidad del chorro de agua
saliente mediante una reducción de la sección transversal
correspondiente hasta tal punto que incluso en el espacio 3 se
produce una depresión. En cualquier caso, una presión de 0 bar puede
ajustarse de manera que la turbina de gas, o un motor diesel en
lugar de la turbina de gas, no presente ninguna pérdida de
rendimiento con respecto a una salida libre de los gases de escape
en la atmósfera. Los gases de escape de la turbina 1 de gas se
conducen por el conducto 9, que preferiblemente está configurado de
manera ramificada empleando chorros de agua gemelos directamente
delante de la propulsión por chorro de agua, hacia segmentos de
tobera que funcionan axialmente. En el conducto 9 de gases de
escape se encuentran en el extremo las válvulas 7 y 8 de cierre,
que son válvulas de retención o válvulas controladas, para impedir
un retorno del agua que rodea el casco de la embarcación en el
conducto durante una detención. También pueden disponerse aquí, al
igual que en la zona de salida del chorro de agua desde la
propulsión por chorro de agua, sensores de presión que sirven para
la regulación de la presión del gas de escape en las respectivas
zonas mediante la modificación de la velocidad de salida del chorro
de la propulsión por chorro de agua o de la sección transversal de
salida desde el conducto 9.
Los sensores de presión pueden complementarse
además mediante sensores adicionales tales como sensores de aviso
de entrada de agua, sensores de posición de válvula, etc. Las
señales de los sensores se envían al sistema de automatización no
mostrado detalladamente, que también presenta por ejemplo
plataformas de arranque para la turbina de gas, para las bombas del
intercambiador 11 de calor y para el motor de ajuste de la compuerta
10 de cierre principal. Además, el sistema de automatización
presenta los componentes necesarios para una propulsión de la
embarcación, de manera que se crea un subsistema de la
automatización de la embarcación capaz de funcionar de manera
autónoma. Este subsistema está configurado ventajosamente de tal
forma que, junto con el motor de combustión, el generador y la
propulsión por chorro de agua, así como los conductos tubulares
necesarios para la misma, etc., ofrece un componente de equipamiento
de la embarcación que puede utilizarse esencialmente sin modificar
para diferentes tipos de embarcación y tamaños de embarcación. En
este caso es especialmente ventajoso que esta unidad de propulsión
se construya de forma prefabricada en la puesta de quilla en la
embarcación. El número de componentes del equipamiento de la
embarcación depende además del tamaño de la embarcación.
En la figura 2, 12 designa los álabes del rotor
que están dispuestos sobre un buje 15 de rotor. El buje 15 de rotor
puede accionarse, de un modo no detallado adicionalmente, por
ejemplo mediante un árbol 23 de accionamiento que se engancha desde
la parte delantera. Sin embargo también puede estar configurado
igualmente como rodillo interno, realizándose el accionamiento
mediante bobinas 16 que se indican esquemáticamente. Aparte del buje
14, el estator también presenta los álabes 13 de estator que, dado
el caso, están configurados, al igual que los álabes 12 de rotor,
como álabes móviles para un mejor comportamiento de arranque de la
embarcación, en caso de no se disponga de ningún propulsor separado
en popa o en proa, y en este sentido complementan el ajuste de los
álabes previsto para una propulsión por chorro de agua capaz de
realizar el arranque.
En el lado de salida, el buje 14 de estator
presenta elementos 17 tubulares que se pueden accionar
hidráulicamente, que pueden repartirse de manera muy diferente y
que reducen la sección transversal en el espacio 22 anular de tal
manera que la velocidad del agua es suficientemente grande para
arrastrar los gases de escape del motor de combustión, que entran a
través del conducto 18 tubular en el espacio 22 anular. El ajuste de
los elementos 17 de ajuste se indica mediante la flecha 20 doble
dibujada de manera gruesa.
En el exterior, el espacio 22 anular se cierra
por las paredes 21 en las que además pueden incorporarse, por
ejemplo, diafragmas anulares para lograr un ajuste exterior de la
sección transversal de salida del agua desde la propulsión por
chorro de agua. Un ajuste de este tipo puede realizarse mediante un
diafragma de iris que contiene segmentos deslizantes unos respecto
a otros en forma de sección tubular. También una cuña exterior que
se desplaza hacia el lado de entrada del agua obtiene el efecto
correspondiente. El contorno interior de la cuña exterior puede
corresponder aproximadamente al contorno del límite exterior del
espacio anular.
La corriente de entrada del agua se indica por
la flecha 19, puede derivarse tanto de la navegación de la
embarcación por el agua como de un efecto de aspiración de la
propulsión por chorro de agua que se produce cuando los álabes del
rotor y, dado el caso, del estator están ajustados de la forma
correspondiente. El diámetro del conducto tubular, las distancias
en la propulsión por chorro de agua, el perfil de los álabes, la
configuración de los elementos que modifican la sección transversal
del chorro de agua saliente, están adaptados unos respecto a otros
y son específicos para cada dispositivo de propulsión. En
consecuencia, los dispositivos de propulsión se configuran
preferiblemente como dispositivos capaces de funcionar de manera
autónoma, que después se asocian en diferente número, por ejemplo
individualmente o en parejas, a un tipo de embarcación en concreto.
Algo común a todas las configuraciones es que realizan una descarga
completo de los gases de escape en el agua y una descarga uniforme
de los gases de escape bajo la embarcación de tal manera que las
burbujas de gas de escape eventualmente formadas sólo emergen por
detrás de la popa, en caso de una gran velocidad incluso muy lejos
por detrás de la popa. Correspondientemente no hay ninguna
posibilidad de que los sensores infrarrojos y ópticos que están
orientados a la detección de gases de escape de buques, detecten una
embarcación equipada según la invención.
En la figura 3, 25 designa una propulsión por
chorro de agua cortada longitudinalmente con el plano II de entrada
y el plano I de salida para el agua que atraviesa la propulsión por
chorro de agua. Las proporciones de velocidad y de presión en la
propulsión por chorro de agua pueden describirse mediante la
ecuación de conservación de la masa y la ecuación de impulso
integrada. Mediante esto, un experto en la técnica puede calcular
las velocidades y las secciones transversales del chorro en la
propulsión por chorro de agua necesarias. El empleo de las
ecuaciones resulta del ejemplo de cálculo que hace referencia a la
figura 3. Una tabla de ejemplo muestra el intervalo de velocidades
importantes según la invención. Tal como se ha calculado, la
potencia de salida del chorro de agua es tan grande que cualquier
cantidad de gases de escape producida durante el funcionamiento en
la práctica puede expulsarse de forma segura.
Datos de partida para el cálculo de ejemplo:
| Densidad \rho | 1025 kg/m^{3} | |
| Plano I de entrada | ||
| Diámetro D_{I} | 1,144 m | |
| Área de sección transversal A_{I} | 1,02787885 m^{2} | |
| Plano II de salida | ||
| Diámetro D_{II} | 0,88 m | |
| Área de sección transversal A_{II} | 0,60821234 m^{2} | |
| Profundidad del agua | 6 m | |
| Presión hidrostática | 60331,5 Pa |
Ecuaciones empleadas:
1. La ecuación de conservación de la masa entre
el plano I y el plano II de la propulsión por chorro de agua
\rho_{I} A_{I}
V_{I} = \rho_{II} A_{II}
V_{II}
\rho_{I} =
\rho_{II} =
\rho
2. la ecuación de impulso integrada
T+P_{I}A_{I} -
P_{II}A_{II} = \rho_{II}A_{II}V_{II}VI_{II} - \rho_{I}A_{I}V_{I}
V_{I}
en la
que
- V_{I}:
- velocidad media en el plano de entrada m/s
- P_{I}:
- proporción de presión dinámica media en el plano de entrada Pa
- V_{II}:
- velocidad media en el plano de salida m/s
- P_{II}:
- proporción de presión dinámica media en el plano de salida Pa
- T:
- el empuje N creado
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Cálculo de ejemplo:
Columna
\hskip0.5cmvalor calculado
- 1
- velocidad de la embarcación en kn
- 2
- velocidad de la embarcación en m
- 3
- velocidad media del plano de salida m/s; calculada para un área de sección transversal fija de la salida, (A_{II}=0,60821234 m^{2})
- 4
- empuje creado para una embarcación de ejemplo en N
- 5
- proporción de presión dinámica media en el plano de salida en Pa
- 6
- presión total media (hidrostática + dinámica) en el plano de salida en Pa
- 7
- área de sección transversal necesaria para una presión total negativa en m^{2}
- 8
- velocidad media del plano de salida m/s
- 9
- proporción de presión dinámica media en el plano de salida en Pa
- 10
- presión total media (hidrostática + dinámica) en el plano de salida en Pa
- 11
- diámetro calculado del plano de salida en m
- 12
- reducción necesaria calculada del diámetro del plano de salida
- 13
- cantidad calculada de flujo Kg/s.
| \begin{minipage}[t]{150mm} La columna 10 muestra que a partir de 2 nudos hay presiones negativas en el plano de salida. La cantidad de flujo calculada en la columna 13 es evidentemente más alta que la cantidad de flujo mínima necesaria para transportar los gases de escape.\end{minipage} |
Claims (26)
1. Procedimiento operativo para una embarcación
de superficie rápida que, además de un propulsor de hélice presenta
al menos una propulsión por chorro de agua bajo la embarcación, en
el que la energía de empuje se crea mediante motores de combustión,
por ejemplo turbinas de gas, y en el que los gases de escape creados
por los motores de combustión se distribuyen al agua mediante el
chorro de agua de la propulsión por chorro de agua bajo la
embarcación, y en el que la velocidad del chorro de agua de la
propulsión por chorro de agua se ajusta de acuerdo con los
requisitos de descarga y distribución de los gases de escape de tal
manera que la velocidad del chorro de agua de la propulsión por
chorro de agua sea independiente de la velocidad de la
embarcación.
2. Procedimiento operativo según la
reivindicación 1 caracterizado porque el vehículo acuático
presenta al menos una propulsión por chorro de agua accionada por
energía eléctrica, en el que la energía eléctrica se crea al menos
parcialmente mediante generadores accionados por motores de
combustión, por ejemplo turbinas de gas.
3. Procedimiento operativo según la
reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la descarga de
gases de escape en el agua bajo la embarcación se realiza sin
aumentar la presión de los gases de escape (compresión).
4. Procedimiento operativo según la
reivindicación 1, 2 ó 3, caracterizado porque mediante la
velocidad del chorro de agua en la salida del chorro de agua desde
la propulsión por chorro de agua se crea un campo de depresión con
una presión que se sitúa por debajo de la presión de los gases de
escape.
5. Procedimiento operativo según la
reivindicación 1, 2, 3 ó 4, caracterizado porque la velocidad
del chorro de agua de la propulsión por chorro de agua se ajusta
mediante la modificación de la sección transversal del chorro de
agua.
6. Procedimiento operativo según la
reivindicación 1, 2, 3, 4 ó 5, caracterizado porque la
velocidad del chorro de agua de la propulsión por chorro de agua se
ajusta mediante la modificación controlada de la velocidad del agua
que atraviesa la propulsión por chorro de agua.
7. Procedimiento operativo según la
reivindicación 1, 2, 3, 4, 5 ó 6, caracterizado porque la
modificación de la velocidad del agua que atraviesa la propulsión
por chorro de agua se realiza a través de elementos de ajuste,
especialmente a través de álabes móviles que pueden ajustarse de
forma controlada del rotor de la propulsión por chorro de agua.
8. Procedimiento operativo según la
reivindicación 1, 2, 3, 4, 5, 6 ó 7, caracterizado porque la
velocidad del chorro de agua de la propulsión por chorro de agua se
ajusta a la propulsión por chorro de agua mediante una modificación
de la sección transversal del chorro de agua, por ejemplo a través
de una tobera de sección transversal variable en la salida del
chorro de agua.
9. Procedimiento operativo según la
reivindicación 8, caracterizado porque la modificación de la
sección transversal se realiza mediante elementos conductores
dispuestos en el interior del chorro de agua, por ejemplo secciones
tubulares que pueden deslizarse axialmente.
10. Procedimiento operativo según la
reivindicación 8 ó 9, caracterizado porque la modificación de
la sección transversal se realiza mediante elementos conductores
dispuestos en el exterior del chorro de agua, por ejemplo
válvulas.
11. Procedimiento operativo según una o varias
de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque a
chorro de agua se da una sección transversal ajustada de manera
controlada diferente a una forma circular, especialmente una
sección transversal cuadrada o rectangular, por ejemplo mediante una
forma y tamaño correspondiente de la tobera de salida.
12. Procedimiento operativo según una o varias
de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la
velocidad del chorro de agua de la propulsión por chorro de agua se
ajusta entre valores límite que son independientes de la velocidad
de la embarcación.
13. Dispositivo de propulsión para la
realización del procedimiento operativo para una embarcación de
superficie rápida con una propulsión por chorro de agua dispuesta
bajo la embarcación, según una o varias de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque en la salida del chorro (5)
de agua creado por la propulsión (22) por chorro de agua, se
dispone un dispositivo de descarga de gases de escape bajo el agua
que es atravesado axialmente por el chorro de propulsión de la
propulsión por chorro de agua, por ejemplo, una cámara configurada
esencialmente redonda para la descarga de los gases de escape en el
agua bajo la embarcación, en el que en la cámara está dispuesto un
elemento central ajustable en sección transversal, por ejemplo un
dispositivo (7) telescópico, que provoca el ajuste de la velocidad
del chorro de agua en la cámara.
14. Dispositivo de propulsión según la
realización 13 caracterizado porque la cámara para la
descarga de los gases de escape en el agua está configurada como
segmento (3) de tobera de gases de escape coaxial.
15. Dispositivo de propulsión según la
realización 13 ó 14, caracterizado porque en la cámara está
dispuesto un elemento exterior ajustable en sección transversal, por
ejemplo un diafragma controlable.
16. Dispositivo de propulsión según la
realización 13, 14 ó 15, caracterizado porque el sistema (9)
de tubos que conduce los gases de escape al segmento (3) de tobera
de gases de escape coaxial presenta una válvula (7, 8) de retención
controlada por contrapresión.
17. Dispositivo de propulsión según una o varias
de las reivindicaciones 13 a 16,, caracterizado porque las
paredes y/o álabes de la propulsión (22) por chorro de agua
presentan un recubrimiento de material elastomérico, por ejemplo
goma dura, o de plástico reforzado con fibra.
18. Dispositivo de propulsión según una o varias
de las reivindicaciones 13 a 17, caracterizado porque
presenta preferiblemente al menos un propulsor de hélice de timón o
cicloidal retráctil como elemento de control y empuje de la
embarcación, preferiblemente en la popa.
19. Dispositivo de propulsión según una o varias
de las reivindicaciones 13 a 18, caracterizado porque además
de al menos un generador (2), está prevista al menos otra fuente de
energía eléctrica, por ejemplo instalaciones de acumulación o pilas
de combustible, que permiten un desplazamiento sin emisiones de la
embarcación.
20. Dispositivo de propulsión según una o varias
de las reivindicaciones 13 a 18, caracterizado porque un
motor de combustión para el arranque del vehículo acuático presenta
un conducto para los gases de escape que puede conectarse
opcionalmente al agua o a la atmósfera.
21. Dispositivo de propulsión según una o varias
de las reivindicaciones 14 a 22, caracterizado porque en el
dispositivo de descarga de gases de escape bajo el agua de la
propulsión (22) por chorro de agua se disponen sensores para medir
la presión.
22. Dispositivo de propulsión según una o varias
de las reivindicaciones 13 a 21, caracterizado porque en el
sistema (9) de tubos de gases de escape se disponen sensores para
medir la presión.
23. Dispositivo de propulsión según una o varias
de las reivindicaciones 13 a 22, caracterizado porque
presenta un dispositivo de automatización que controla la sección
transversal del chorro de agua en función de las proporciones de
presión en el dispositivo de descarga de gases de escape bajo el
agua y en el sistema (9) de tubos de gases de escape.
24. Dispositivo de propulsión según una o varias
de las reivindicaciones 13 a 23, caracterizado porque
presenta un dispositivo de automatización que controla los
elementos de ajuste al lado o dentro de la propulsión (22) por
chorro de agua, por ejemplo los álabes móviles en la propulsión (22)
por chorro de agua, en función de las proporciones de presión en el
dispositivo de descarga de gases de escape bajo el agua y en el
sistema (9) de tubos de gases de escape.
25. Dispositivo de propulsión según una o varias
de las reivindicaciones 13 a 24, caracterizado porque
presenta un dispositivo de automatización para el control de
válvulas (10) en el sistema de tubos de gases de escape.
26. Dispositivo de propulsión según una o varias
de las reivindicaciones 13 a 25, caracterizado porque el
calor de los gases de escape se aprovecha a través de un sistema
(11) de intercambio de calor para otros dispositivos operativos, por
ejemplo para crear agua caliente o para la desalinización del agua
de mar.
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