ES2297036T3 - Sistema de propulsion para un barco. - Google Patents

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ES2297036T3 ES02792603T ES02792603T ES2297036T3 ES 2297036 T3 ES2297036 T3 ES 2297036T3 ES 02792603 T ES02792603 T ES 02792603T ES 02792603 T ES02792603 T ES 02792603T ES 2297036 T3 ES2297036 T3 ES 2297036T3
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Abstract

Sistema de propulsión para un barco con al menos una hélice de barco (8; 23, 24), al menos un motor eléctrico (7; 21, 22), mediante el cual es accionable la, al menos, única hélice de barco (8; 23, 24), y una fuente de alimentación alimentada por un convertidor, mediante la cual el, al menos, único motor eléctrico (7; 21, 22) es alimentable con energía eléctrica y la que presenta, al menos, una máquina motriz (53) y al menos un generador (52) accionado por ella, asimismo el, al menos, único motor eléctrico (7; 21, 22) y el, al menos, único generador (52) de la alimentación están configurados como máquinas sincrónicas trifásicas, asimismo el, al menos, único motor eléctrico (7; 21, 22) configurado como máquina sincrónica trifásica y/o el, al menos, único generador (52) configurado como máquina sincrónica trifásica de la alimentación presenta o presentan un bobinado de excitación rotatorio (10) de cable HTS (superconductor de alta temperatura), asimismo cada bobinado de excitación rotatorio (10) de cable HTS está dispuesto en un criostato (14; 27, 28), aislado al vacío y mediante el cual el bobinado de excitación rotatorio (10) de cable HTS puede ser ultracongelado a una temperatura de 15 a 77 K, asimismo el al menos único motor eléctrico (7; 21, 22) configurado como máquina sincrónica trifásica y/o el al menos único generador (52) configurado como máquina sincrónica trifásica de la alimentación presenta o presentan un bobinado trifásico con entrehierro (11) de conductores múltiples de cobre, dispuesto en un paso anular (12) entre un rotor (9) y una culata de hierro laminado magnético (13), caracterizado porque el rotor que presenta al bobinado de excitación rotatorio (10) de cable HTS, del, al menos, único motor eléctrico (7; 21, 22) o generador (52) configurado como máquina sincrónica trifásica, está configurado con 6 a 12, preferentemente 8 polos.

Description

Sistema de propulsión para un barco.
La presente invención se refiere a un sistema de propulsión para un barco con al menos una hélice de barco, al menos un motor eléctrico, mediante el cual es accionable la, al menos, única hélice de barco, y una fuente de alimentación alimentada por un convertidor, mediante la cual el al menos único motor eléctrico es alimentable con energía eléctrica y la que presenta al menos una máquina motriz y al menos un generador accionado por ella, asimismo el al menos único motor eléctrico y el al menos único generador de la alimentación están configurados como máquinas sincrónicas trifásicas.
Se conocen sistema de propulsión para un barco diesel-eléctrico, cuya alimentación presenta generadores sincrónicos alojados en lugares adecuados en el casco del barco, a través de los cuales se alimentan, a su vez, motores sincrónicos o asincrónicos alimentados por convertidor. Los motores eléctricos que accionan a las hélices de barco pueden, por ejemplo, estar dispuestos como motores internos y accionar a las hélices de barco a través de líneas de árbol.
Por otro lado se conocen sistemas de propulsión Pod que poseen un motor sincrónico generador de imanes permanente, dispuesto en una góndola de motor rotatoria. La góndola de motor está dispuesta fuera del casco del barco y puede estar realizada con una o dos hélices de motor de barco. La evacuación de la pérdida de calor desde el motor eléctrico avanza aquí sólo a través de la superficie exterior de la góndola de motor al agua de mar. Los motores asincrónicos y generadores poseen termocambiadores de aire-agua.
Por otro lado, a través de las memorias JP 63217968 y JP 04304159, se conocen sistemas de propulsión para un barco para dos hélices de barco, a los que pertenece un denominado "motor homopolar", que consiste en dos rotores de disco o cilindro por los que fluye corriente continua en sentidos contrarios, a través de escobillas, y en los que se genera un momento de torsión en el campo de una bobina superconductora.
El documento XP 8 000 614 presenta un sistema de propulsión para un barco con hélice de barco, motor sincrónico alimentado por conversor y generador. El motor posee un rotor con bobinado de superconductor de alta temperatura HTS en un criostato aislado al vacío. El bobinado trifásico con entrehierro del estator presenta conductores múltiples de cobre.
Partiendo del estado de la técnica descrito anteriormente, la invención tiene como objetivo perfeccionar el sistema de propulsión para un barco de este tipo, descrito al comienzo, de modo que pueda ser configurado con menor espacio y peso y con un mayor rendimiento.
Este objetivo se logra acorde a la invención mediante las características de la reivindicación 1.
En caso de esencialmente los mismos valores de potencia y de número de revoluciones entre los sistemas de propulsión Pod para un barco conocidos por el estado de la técnica y el sistema de propulsión para un barco acorde a la invención, se puede reducir a un 30% la relación entre el diámetro de la carcasa del motor y del diámetro exterior de la hélice en caso de un sistema de propulsión para un barco acorde a la invención en comparación con el estado de la técnica, de un 35 a un 40%. En comparación con los sistema de propulsión para un barco conocidos por el estado de la técnica, que en total presentan, por ejemplo, un peso de aproximadamente 310 t, en el caso del sistema de propulsión para un barco acorde a la invención este peso se puede reducir a entre 100 y 200 t. Por otro lado el rendimiento del motor eléctrico del sistema de propulsión para un barco acorde a la invención puede ser incrementado a 99% en comparación con el 97,5% en caso de los sistemas de propulsión para un barco conocidos en el estado de la técnica. La reducción considerable en cuanto al volumen constructivo y al peso total, que se presentan aproximadamente en el factor 2 o mayor, conducen a que o bien se incremente el espacio utilizable del casco del barco o bien el casco del barco se pueda configurar de un tamaño menor con un espacio utilizable del mismo tamaño. Las cimentaciones de la máquina pueden ser configuradas con un costo menor, por lo cual se obtienen ventajas económicas considerables. A causa de la excitación sin potencia el rendimiento es más elevado, y el consumo para la refrigeración, reducido.
Acorde a un modo de ejecución ventajoso del sistema de propulsión para un barco acorde a la invención el, al menos, único motor eléctrico configurado como máquina sincrónica trifásica y/o el, al menos, único generador configurado como máquina sincrónica trifásica de la alimentación presenta o presentan un bobinado trifásico con entrehierro de conductores múltiples de cobre, dispuesto en un paso anular entre un rotor y una culata de hierro laminado magnético. En este bobinado con entrehierro del estator no están previstos dientes de hierro como fuente de sonidos de ranurado, de modo que los motores eléctricos y los generadores marchan más silenciosos. A causa del bajo peso del rotor las vibraciones que surgen se reducen notablemente. A causa de la pequeña reactancia sincrónica se obtiene un momento de torsión o de vuelco de muy corto plazo. Entre el rotor y el estator está permitido un entrehierro bastante grande en comparación con el estado de la técnica, de 5 a 50 mm. El montaje se simplifica notablemente, dado que se permiten tolerancias mayores en lo tocante a la deformación del árbol, de las torsiones a través de fuerzas de la hélice de barco, etc.
Ha demostrado ser especialmente ventajoso si el cable HTS del bobinado de excitación rotatorio (10) está configurado por conductores planos multifilamento Bi_{2} Ba_{2} Sr_{2} Cu_{3} Ox o Bi_{2} Ba_{2} SrCu_{2} Ox en una matriz de plata o de aleación con plata, de YBa_{2} Cu_{3} Ox como película delgada sobre cinta de acero, cinta de níquel, cinta de una aleación que contiene níquel o cinta de plata o superconductor de MgB_{2}.
Para obtener motores eléctricos en modo de construcción HTS con un diámetro exterior lo más reducido posible, es adecuado que el rotor que presenta al bobinado de excitación rotatorio de cable HTS, del al menos único motor eléctrico o generador configurado como máquina sincrónica trifásica, está configurado con 6 a 12, preferentemente 8 polos.
Acorde a un perfeccionamiento del sistema de propulsión para un barco acorde a la invención, a cada criostato se le puede suministrar medio refrigerante a través de un circuito de medio refrigerante.
Para incrementar la seguridad en el funcionamiento del dispositivo de refrigeración, ventajosamente cada criostato puede ser alimentado con medio refrigerante a través de, al menos, dos circuitos de medio refrigerante redundantes.
Convenientemente se prevé gas frío de helio o hidrógeno como medio refrigerante en el circuito de medio refrigerante entre una cabeza fría y un acoplamiento de transferencia.
De modo alternativo el circuito de medio refrigerante puede estar configurado entre una cabeza fría y un acoplamiento de transferencia al criostato con el principio de heatpipe criogénico, de modo que al acoplamiento de transferencia le es suministrado medio refrigerante líquido, como neón líquido, hidrógeno líquido, nitrógeno líquido o mezcla de gases líquida y el medio refrigerante evaporado es conducido nuevamente a la cabeza fría.
De manera simple se puede accionar la cabeza fría de cada circuito de medio refrigerante mediante un circuito de gas comprimido refrigerado por retorno.
La refrigeración por retorno del circuito de gas comprimido de la cabeza fría puede ser realizada, a su vez, mediante una alimentación de agua fría central, agua de mar o indirectamente a través de un dispositivo de intercambio térmico, unido a su vez térmicamente con la superficie exterior del barco rodeada por el agua de mar.
Si el sistema de propulsión para un barco acorde a la invención está configurado como sistema de propulsión Pod, en el que, asimismo el, al menos, único motor eléctrico configurado como máquina sincrónica trifásica y que presenta al bobinado de excitación rotatorio de cable HTS está alojado en una góndola de motor dispuesta fuera de un casco del barco, entonces, gracias a la densidad de potencia alcanzable, el diámetro exterior del al menos único motor eléctrico puede ser menor al 32% del diámetro exterior de la hélice de barco. De este modo, el rendimiento hidráulico del sistema de propulsión Pod acondicionado acorde a la invención se incrementa notablemente en comparación con el estado de la técnica.
En tanto la cabeza fría de cada circuito de medio refrigerante esté dispuesto en un módulo acimut rotatorio del sistema de propulsión Pod, ésta es fácilmente accesible, por lo que puede prescindirse, además, de acoplamientos rotatorios.
De modo alternativo, la cabeza fría de cada circuito de medio refrigerante puede ser dispuesta en un módulo strut del sistema de propulsión Pod, asimismo también entonces se logra una accesibilidad simple y un mantenimiento amigable del equipo de refrigeración.
Además es posible, en caso de los requisitos correspondientes, que la cabeza fría de cada circuito de medio refrigerante esté dispuesta cerca del acoplamiento de transferencia, a través del cual los medios refrigerantes pueden ser conducidos a los criostatos que receptan al bobinado de excitación rotatorio de cable HTS, en la góndola de motor del sistema de propulsión Pod.
Otro incremento de la accesibilidad, y con ello, de la amigabilidad del mantenimiento del dispositivo de refrigeración, se logra cuando el circuito de gas comprimido junto con la cabeza fría está dispuesto sobre o dentro del módulo acimut rotatorio del sistema de propulsión Pod.
La seguridad en el funcionamiento del sistema de propulsión Pod configurado como descrito anteriormente se puede incrementar si el criostato del único motor eléctrico dispuesto en la góndola de motor del sistema de propulsión Pod puede ser suministrado con medio refrigerante por dos circuitos de medio refrigerante, a los que le está asignado respectivamente una cabeza fría. Estos dos circuitos de medio refrigerante configurados como descrito son pues redundantes entre sí en cuanto a la refrigeración del criostato.
Si en la góndola de motor del sistema de propulsión Pod están previstos dos hélices de barco con marcha en el mismo sentido o en sentido contrario, a las que le está asignado uno de los dos motores eléctricos independientes dispuestos en la góndola de motor, cuyos dos rotores están dispuestos respectivamente en un criostato, ventajosamente se puede lograr una redundancia más elevada con el mismo volumen que en los sistemas de propulsión Pod conocidos en el estado de la técnica, asimismo, a causa de la posibilidad de la marcha en sentido contrario de ambas hélices de barco, se puede obtener un rendimiento hidrodinámico mayor.
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Para incrementar la seguridad en el funcionamiento de ambos motores eléctricos dispuestos en la góndola de motor, es ventajoso si ambos criostatos están conectados respectivamente a través de un circuito de medio refrigerante a respectivamente una cabeza fría.
Una simplificación en el acondicionamiento del dispositivo de refrigeración es posible si ambos criostatos están unidos a una única cabeza fría común a través de respectivamente un circuito de medio refrigerante.
Ventajosamente a cada cabeza fría le está asignado un circuito de gas comprimido.
El circuito de gas comprimido puede ser refrigerado por retorno, por ejemplo, mediante un circuito refrigerante integrado de agua de mar.
De modo alternativo cada circuito de gas comprimido puede ser refrigerado mediante un circuito integrado de agua fría, asimismo está previsto un termocambiador de gas-agua para la transmisión de calor desde el circuito de gas comprimido al circuito integrado de agua fría.
La evacuación de calor del circuito integrado de agua fría se puede efectuar de manera simple si éste presenta otro termocambiador, mediante el cual está en contacto térmico con el agua de mar.
De modo más simple pero muy efectiva desde el punto de vista de la técnica de construcción, se puede lograr el paso de la energía calórica desde el sistema integrado de agua fría al agua de mar si el otro termocambiador del circuito integrado de agua fría está dispuesto cerca de la pared del módulo strut del sistema de propulsión Pod y es refrigerable por retorno a través de esta pared y mediante el agua de mar.
Por otro lado, en caso de los requisitos correspondientes, puede ser ventajoso un acondicionamiento en el cual cada circuito de gas comprimido está equipado con un termocambiador gas-agua integrado que, a su vez, está dispuesto cerca de la pared del módulo strut del sistema de propulsión Pod, unido térmicamente con ella y refrigerable a través de ella mediante el agua de mar. De este modo, la cantidad de calor del circuito de gas comprimido puede ser liberada directamente al agua de mar sin intercalar otros circuitos.
En el caso de otro modo de ejecución ventajoso del sistema de propulsión para un barco acorde a la invención, la o las cabezas frías están dispuestas en el módulo strut y el o los circuitos de gas comprimido están dispuestos en o junto al módulo acimut rotatorio del sistema de propulsión Pod.
De modo alternativo, la o las cabezas frías pueden ser dispuestas en la góndola de motor del sistema de propulsión Pod cerca del o de los acoplamientos de transferencia y del o de los circuitos de gas comprimido, y en el o junto al módulo acimut rotatorio del sistema de propulsión Pod.
En lugar de configurar al sistema de propulsión para un barco acorde a la invención como sistema de propulsión Pod también es posible que el al menos único motor eléctrico configurado como máquina sincrónica trifásica, y que presenta al bobinado de excitación rotatorio de cable HTS, esté alojado en un tubo de codaste en un casco de barco.
Por otro lado el, al menos, único motor eléctrico configurado como máquina sincrónica trifásica, y que presenta al bobinado de excitación rotatorio de cable HTS, puede estar dispuesto como motor interior, mediante el cual es accionable la hélice de barco asignada, a través de una línea de árbol.
La alimentación del sistema de propulsión para un barco está formada por una máquina motriz y un generador, a cuyo criostato, que recepta a su bobinado de excitación rotatorio, le es suministrado medio refrigerante, al mismo tiempo que al criostato del motor eléctrico, mediante un circuito de medio refrigerante común a ambos criostatos.
Para incrementar la seguridad en el funcionamiento del sistema de propulsión para un barco es ventajoso si al criostato del generador le es suministrado medio refrigerante, al mismo tiempo que al criostato del motor eléctrico, mediante dos circuitos de medio refrigerante redundantes entre sí.
Para llevar a cabo un suministro de medio refrigerante de manera simple, a través de la fuerza de gravedad es adecuado que la cabeza fría de cada circuito de medio refrigerante esté dispuesta verticalmente por sobre el criostato dispuesto en lo más alto en sentido vertical.
Acorde a otro modo de ejecución ventajoso de la invención, a cada motor eléctrico que presenta un suministro de medio refrigerante propio, le está asignado también una alimentación propia en la góndola de motor del sistema de propulsión Pod.
A continuación la invención se detallará a partir de modos de ejecución y con referencia a los dibujos.
Se muestran
Figura 1 Una representación en corte transversal de un primer modo de ejecución de un sistema de propulsión para un barco acorde a la invención, configurado como sistema de propulsión;
Figura 2 Una representación en corte longitudinal de un segundo modo de ejecución del sistema de propulsión para un barco acorde a la invención configurado como sistema de propulsión;
Figura 3 Una representación en corte longitudinal de un tercer modo de ejecución del sistema de propulsión para un barco acorde a la invención, configurado como sistema de propulsión;
Figura 4 Una representación en corte longitudinal de un cuarto modo de ejecución del sistema de propulsión para un barco acorde a la invención, configurado como sistema de propulsión;
Figura 5 Una representación en corte longitudinal de un quinto modo de ejecución del sistema de propulsión para un barco acorde a la invención, configurado como sistema de propulsión;
Figura 6 Una representación en corte longitudinal de un sexto modo de ejecución del sistema de propulsión para un barco acorde a la invención, configurado como sistema de propulsión;
Figura 7 una representación en corte transversal del sexto modo de ejecución del sistema de propulsión para un barco acorde a la invención, configurado como sistema de propulsión, mostrado en la Figura 6;
Figura 8 una representación en corte longitudinal de un sistema de propulsión para un barco acorde a la invención dispuesto en un tubo de codaste en un casco de barco;
Figura 9 una vista longitudinal de otro modo de ejecución del sistema de propulsión para un barco acorde a la invención dispuesto en un tubo de codaste en un casco de barco; y
Figura 10 una vista longitudinal de un sistema de propulsión para un barco acorde a la invención equipado con un motor interno.
Un primer modo de ejecución representado en corte transversal en la Figura 1, del sistema de propulsión para un barco acorde a la invención configurado como sistema de propulsión Pod 1, posee una góndola de motor 2, dispuesta debajo de un casco del barco 3, representado con línea de puntos y sólo parcialmente en las Figuras 1 a 7.
Dentro del casco del barco 3 el sistema de propulsión Pod 1 presenta un módulo acimut 4, unido de modo fijo, a través del casco del barco 3 y mediante un módulo strut, 5 con la góndola de motor.
El sistema de propulsión Pod 1 es rotatorio respecto del casco del barco 3, sobre un eje vertical, como se desprende de las flechas circulares 6 en las Figuras 2 a 6.
El sistema de propulsión Pod 1 mostrado en la Figura 1 posee un motor eléctrico 7 dispuesto dentro de la góndola de motor 2. Mediante este motor eléctrico 7 se acciona una hélice de barco 8 dispuesta de modo rotatorio en el extremo posterior de la góndola de motor 2.
Para ello el motor eléctrico 7 configurado como máquina sincrónica trifásica presenta un rotor 9 de 8 polos, equipado con un bobinado de excitación rotatorio 10 de cable HTS (superconductor de alta temperatura).
Este cable HTS puede estar configurado por conductores planos multifilamento Bi_{2} Ba_{2} Sr_{2} Cu_{3} Ox o Bi_{2} Ba_{2} SrCu_{2} Ox en una matriz de plata o de aleación con plata, de YBa_{2} Cu_{3} Ox como película delgada sobre cinta de acero, cinta de níquel, cinta de una aleación que contiene níquel o cinta de plata o superconductor de MgB_{2}.
El, al menos, único motor eléctrico 7 configurado como máquina sincrónica trifásica presenta un bobinado trifásico con entrehierro o del estator 11 de conductores múltiples de cobre, dispuesto en un paso anular 12 entre un rotor 9 de 8 polos, equipado con el bobinado de excitación rotatorio 10 de cable HTS, y una culata de hierro laminado magnético 13.
El rotor 9 de 8 polos que presenta al bobinado de excitación rotatorio 10 está alojado dentro de un criostato 14, configurado de modo que está aislado al vacío y mediante el cual el bobinado de excitación rotatorio 10 de cable HTS puede ser ultracongelado a una temperatura de 15 a 77 K.
El criostato 14 está incluido en un circuito de medio refrigerante 16 a través de un acoplamiento de transferencia 15 dispuesto coaxialmente al eje longitudinal central del rotor 9 de 8 polos. En el circuito de medio refrigerante 16 está integrada una cabeza fría 17, refrigerada mediante un circuito de gas comprimido 18, al que pertenecen un compresor 19 y un termocambiador o refrigerador gas- agua 20, acorde al principio Gifford, Mcmahon, Stirling o Pulse
tube.
El circuito de medio refrigerante 16 previsto entre la cabeza fría 17 por un lado y el acoplamiento de transferencia 15 del lado del rotor o el criostato por el otro, puede conducir gas frío de helio o hidrógeno como medio refrigerante. Además, el circuito de medio refrigerante 16 puede estar configurado acorde al principio de heatpipe criogénico, de modo que al criostato 14 o al acoplamiento de transferencia 15 le es suministrado medio refrigerante líquido, como neón líquido, hidrógeno líquido, nitrógeno líquido o mezcla de gases líquida y el neón evaporado, el hidrógeno evaporado, el nitrógeno evaporado o la mezcla de gases evaporada es conducido o conducida del criostato 14 o del acoplamiento de transferencia 15 nuevamente a la cabeza fría 17.
En el ejemplo de ejecución representado en la Figura 1, el circuito de gas comprimido 18, junto con la cabeza fría 17 están alojados de manera fácilmente accesible sobre o dentro del módulo acimut rotatorio 4 del sistema de propulsión Pod 1, por lo cual se puede prescindir de acoples rotatorios.
Un modo de ejecución del sistema de propulsión Pod 1, mostrado en corte longitudinal en la Figura 2, presenta dos motores eléctricos independientes entre sí 21, 22, mediante los cuales se accionan dos hélices de barco 23, 24, alojadas de modo rotatorio en el extremo anterior y posterior de la góndola de motor 2. Las hélices de barco 23, 24 pueden estar orientadas en sentido contrario entre sí. En la Figura 2 también se muestran los dos cables de alimentación trifásica 25, 26 de ambos motores eléctricos 21, 22. Cada motor eléctrico 21, 22 cuenta con un criostato individual 27, 28. A través de acoplamientos de transferencia 15 cada criostato 27, 28 está conectado a un circuito de medio refrigerante 29, 30, asimismo en el circuito de medio refrigerante 29 o 30 está dispuesta respectivamente una cabeza fría 31 o 32. A su vez, a cada cabeza fría 31 o 32 le está asignado un circuito de gas comprimido 33 o 34.
Ambos circuitos de gas comprimido 33, 34 están dispuestos en el módulo acimut 4 y ambas cabezas frías 31, 32 están dispuestas en el módulo strut 5 del sistema de propulsión Pod 1, de modo que son fácilmente accesibles y de mantenimiento amigable. A través de la presencia de dos motores eléctricos 21, 22, cuyos rotores 9 de 8 polos son provistos independientemente entre sí con medio refrigerante, se obtiene una disponibilidad mayor del sistema de propulsión Pod 1, en comparación con el modo de ejecución acorde a la Figura 1.
La disponibilidad se puede incrementar si la alimentación para cada motor eléctrico 21, 22 se realiza individualmente a través de anillos colectores o convertidores de corriente respectivamente separados. La Figura 2 muestra sólo una alimentación simple, que alimenta a ambos motores eléctricos 21, 22 al mismo tiempo.
En la Figura 3 está representada en corte longitudinal una variante del sistema de propulsión Pod 1 mostrado en la Figura 2, en la que los criostatos 27, 28 de ambos motores eléctricos 21, 22 son provistos de medio refrigerante a través de ambos circuitos de medio refrigerante 29, 30. Sin embargo, ambos circuitos de medio refrigerante 29, 30 están unidos, a diferencia de en la Figura 2, a una cabeza fría 35 común, dispuesto cerca de ambos acoplamientos de transferencia 15 de los criostatos 27, 29, en la góndola de motor 2 del sistema de propulsión Pod 1.
La cabeza fría 35, a su vez, es refrigerada por un circuito de gas comprimido 36, dispuesto o colocado con sus componentes fundamentales en o junto al módulo acimut 4 del sistema de propulsión Pod 1.
La refrigeración del circuito de gas comprimido 36 se lleva a cabo mediante un circuito refrigerante integrado de agua de mar 37, que le extrae energía calórica al circuito de gas comprimido 36 a través de una unidad de intercambio térmico 38. También el circuito refrigerante integrado de agua de mar 37 está dispuesto, en cuanto a sus componentes fundamentales, en o junto al módulo acimut 4 del sistema de propulsión Pod 1.
Los componentes de construcción previstos para la alimentación de los circuitos de medio refrigerante 29, 30 asignados a los criostatos 27, 28, también pueden ser ejecutados de modo redundante, o dobles, para incrementar la seguridad en el funcionamiento del modo de ejecución acorde a la Figura 3.
También en el caso del modo de ejecución del sistema de propulsión Pod 1 mostrado en la Figura 4, la cabeza fría 35 está dispuesta en la góndola de motor 2, cerca del acoplamiento de transferencia 15 dispuesto coaxialmente al eje del rotor 39 de los rotores 9 de ambos motores eléctricos 21, 22. La refrigeración por retorno del circuito de gas comprimido 36 asignado a la cabeza fría 35 se lleva a cabo a través de un termocambiador gas-agua 40 dispuesto en el circuito de gas comprimido 36, este termocambiador también es componente integral de un circuito integrado de agua fría 41.
La refrigeración del circuito integrado de agua fría 41 se lleva a cabo mediante otro termocambiador 42, en contacto térmico con la pared 43 del módulo strut 5 del sistema de propulsión Pod 1. La refrigeración por retorno del otro termocambiador 42 del circuito integrado de agua fría 41 se lleva a cabo, entonces, a través de la pared 43 del módulo strut 5 del sistema de propulsión Pod 1, mediante agua de mar.
Los componentes fundamentales tanto del circuito de gas comprimido 36 como también del circuito integrado de agua fría 41 están dispuestos de modo amigable para el servicio, en el módulo acimut 4 del sistema de propulsión Pod 1, por el contrario, la cabeza fría 35, como ya hemos mencionado anteriormente, se encuentra alojada en la góndola de motor 2 del sistema de propulsión Pod 1.
De modo alternativo pueden estar previstas dos cabezas frías 35, de las cuales cada una está asignada a uno de los dos motores eléctricos 21, 22 y ambas pueden ser refrigeradas por retorno mediante el circuito de gas comprimido
36.
El sistema de propulsión Pod 1 mostrado en la Figura 5 presenta un motor eléctrico 7 que acciona una única hélice de barco 8 del sistema de propulsión Pod 1 y ocupa casi por completo espacio interior de la góndola de motor 2 del sistema de propulsión Pod 1, que presenta un diámetro constante. En comparación con los sistemas de propulsión Pod equipados con dos motores eléctricos acorde a las Figuras 2 a 4, en caso del modo de ejecución acorde a la Figura 5 se aprovecha mejor el largo de la góndola de motor 2 para la instalación de un mayor rendimiento de motor.
El criostato 14 del motor eléctrico 7 está unido mediante el acoplamiento de transferencia 15 a dos circuitos de medio refrigerante 44, 45 configurados acorde al principio de heatpipe criogénico, a los que pertenece respectivamente una cabeza fría 46 o 47. Ambas cabezas frías 46, 47 están dispuestas en el módulo acimut 4 del sistema de propulsión Pod y son refrigeradas por retorno por los circuitos de gas comprimido 33, 34 también dispuestos en el módulo acimut 4 del sistema de propulsión Pod 1. La redundancia presente a causa de la doble realización de componentes estructurales que realizan la refrigeración del motor eléctrico 7, incrementa la seguridad en el funcionamiento del sistema de propulsión Pod 1.
En los modos de ejecución representados en las Figuras 6 y 7 en corte longitudinal o transversal, del sistema de propulsión Pod 1, el criostato 14 el único motor eléctrico 7 dispuesto en la góndola de motor 2 es provisto de medio refrigerante de un circuito de medio refrigerante 16 a través del acoplamiento de transferencia 15. La cabeza fría 17 asignada al circuito de medio refrigerante 16 está dispuesta, en el caso del modo de ejecución acorde a la Figura 6, en el módulo strut 5, en caso del modo de ejecución acorde a la Figura 7, en el módulo acimut 4 del sistema de propulsión Pod 1. En ambos modos de ejecución la cabeza fría 17 es refrigerada por retorno mediante un circuito de gas comprimido 18, asimismo, a este circuito de gas comprimido 18 le es extraído calor mediante un termocambiador integrado gas-agua 48. Este termocambiador gas-agua 48 está dispuesto en la pared 43 del módulo strut 5, como se desprende especialmente de la Figura 7. Correspondientemente, este termocambiador gas-agua 48 está en contacto térmico con la pared 43 del módulo strut 5 y con ello, con el agua de mar que rodea al módulo strut 5. En los modos de ejecución acordes a la Figura 6 y la Figura 7 el circuito de gas comprimido es inmediatamente refrigerado por retorno a través del agua de mar, asimismo los serpentines del termocambiador 49 del termocambiador gas-agua 48 pueden ser dispuestos directamente en la pared 43 del módulo strut 5.
En los modos de ejecución acordes a las Figuras 8 y 9, un motor eléctrico 7 del sistema de propulsión para un barco está dispuesto de modo fijo en un tubo de codaste 51 en un casco de barco 50. El criostato 14 del motor eléctrico 7 está conectado, a través del acoplamiento de transferencia 15, con dos circuitos de medio refrigerante 44, 45, que presentan respectivamente una cabeza fría 46, 47. Ambas cabezas frías 46, 47 son refrigeradas por retorno a través de respectivamente un circuito de gas comprimido 33, 34. De este modo se lleva a cabo de modo redundante la refrigeración de los criostatos 14 del motor eléctrico 7.
En la Figura 9 junto al motor eléctrico 7 del sistema de propulsión para un barco también está representado un equipo productor de energía con un generador 52, accionado por una máquina motriz configurada como máquina de combustión interna 53.
El generador 52 presenta un rotor no representado en detalle en las FIGURAS, con bobinado de excitación rotatorio de cable HTS, asimismo el criostato del generador 52 es provisto de manera redundante de medio refrigerante tanto por el circuito de medio refrigerante 44 como también por el circuito de medio refrigerante 45, como se desprende de la Figura 9. De modo alternativo es posible realizar la alimentación del generador 52 y del motor eléctrico 7 mediante un único circuito de medio refrigerante y las partes de la instalación correspondientes.
Las cabezas frías 46, 47 mostradas en la Figura 9 están dispuestas en un casco más alto que el consumidor dispuesto más alto, de modo que la conducción de medio refrigerante se puede llevar a cabo a través de la fuerza de gravedad a través de los circuitos de medio refrigerante 44, 45 configurados acorde al principio de heatpipe criogénico.
De modo alternativo, los circuitos de medio refrigerante 44, 45 también pueden ser realizados con conductos de líquido y gas frío separados.
En el modo de ejecución del sistema de propulsión para un barco acorde a la invención, representado en la Figura 10, el motor eléctrico 7 está configurado como motor interno, asimismo acciona del lado de salida a una línea de árbol 54, que a su vez hace girar a la hélice de barco 8.
Como máquina motriz del sistema de propulsión para un barco está prevista una máquina de combustión interna 53 que acciona al generador 52 y puede estar configurada como motor diesel o turbina de gas, así como a modo de turbina a vapor.
El generador 52 y el motor eléctrico 7 presentan respectivamente un rotor con bobinado de excitación rotatorio de cable HTS. Ambos criostatos del generador 52 y del motor eléctrico 7 son provistos de medio refrigerante por un circuito de medio refrigerante 16, asimismo la cabeza fría 17 del circuito de medio refrigerante 16 es refrigerada por retorno por el circuito de gas comprimido 18. La cabeza fría 17 está dispuesta por encima del consumidor de medio refrigerante más alto, de modo que, como en el caso del modo de ejecución acorde a la Figura 9 la conducción de medio refrigerante se puede realizar a través de la fuerza de gravedad.
Acorde a un ejemplo de ejecución de un sistema de propulsión Pod 1, una etapa de propulsión equipada con dos motores eléctricos constituidos de un modo de construcción HTS, alcanza una potencia nominal de 20 MW a 130 rpm. El margen de revoluciones por minuto disponible se encuentra entre las 70 y las 160 rpm. El diámetro exterior de la hélice de barco es de 6250 mm. El diámetro exterior de la carcasa del motor o góndola de motor del sistema de propulsión Pod es de un 30% del diámetro exterior de la hélice de barco. El largo total del sistema de propulsión Pod es de aproximadamente 11.000 mm. El momento de torsión de la hélice de barco es de aproximadamente 1480 kNm. El peso de todo el sistema es de aproximadamente 100 a 200 t, asimismo el rendimiento de la etapa del motor es de aproximadamente un 99%.

Claims (31)

1. Sistema de propulsión para un barco con al menos una hélice de barco (8; 23, 24), al menos un motor eléctrico (7; 21, 22), mediante el cual es accionable la, al menos, única hélice de barco (8; 23, 24), y una fuente de alimentación alimentada por un convertidor, mediante la cual el, al menos, único motor eléctrico (7; 21, 22) es alimentable con energía eléctrica y la que presenta, al menos, una máquina motriz (53) y al menos un generador (52) accionado por ella, asimismo el, al menos, único motor eléctrico (7; 21, 22) y el, al menos, único generador (52) de la alimentación están configurados como máquinas sincrónicas trifásicas, asimismo el, al menos, único motor eléctrico (7; 21, 22) configurado como máquina sincrónica trifásica y/o el, al menos, único generador (52) configurado como máquina sincrónica trifásica de la alimentación presenta o presentan un bobinado de excitación rotatorio (10) de cable HTS (superconductor de alta temperatura), asimismo cada bobinado de excitación rotatorio (10) de cable HTS está dispuesto en un criostato (14; 27, 28), aislado al vacío y mediante el cual el bobinado de excitación rotatorio (10) de cable HTS puede ser ultracongelado a una temperatura de 15 a 77 K, asimismo el al menos único motor eléctrico (7; 21, 22) configurado como máquina sincrónica trifásica y/o el al menos único generador (52) configurado como máquina sincrónica trifásica de la alimentación presenta o presentan un bobinado trifásico con entrehierro (11) de conductores múltiples de cobre, dispuesto en un paso anular (12) entre un rotor (9) y una culata de hierro laminado magnético (13), caracterizado porque el rotor que presenta al bobinado de excitación rotatorio (10) de cable HTS, del, al menos, único motor eléctrico (7; 21, 22) o generador (52) configurado como máquina sincrónica trifásica, está configurado con 6 a 12, preferentemente 8 polos.
2. Sistema de propulsión para un barco acorde a la reivindicación 1, en el cual el cable HTS del bobinado de excitación rotatorio (10) está configurado por conductores planos multifilamento Bi_{2} Ba_{2} Sr_{2} Cu_{3} Ox o B_{2} Ba_{2} SrCu_{2} Ox en una matriz de plata o de aleación con plata, de YBa_{2} Cu_{3} Ox como película delgada sobre cinta de acero, cinta de níquel, cinta de una aleación que contiene níquel o cinta de plata o superconductor de MgB_{2}.
3. Sistema de propulsión para un barco acorde a una de las reivindicaciones 1 a 2, en el cual a cada criostato (14; 27, 28) le es suministrable un medio refrigerante a través de un circuito de medio refrigerante (16; 29, 30; 44, 45).
4. Sistema de propulsión para un barco acorde a una de las reivindicaciones 1 a 2, en el cual a cada criostato (14; 27, 28) le es suministrable un medio refrigerante a través de al menos dos circuitos de medio refrigerante (16; 29, 30; 44, 45) redundantes.
5. Sistema de propulsión para un barco acorde a la reivindicación 3 o 4, en el cual está previsto gas frío de helio o hidrógeno como medio refrigerante en el circuito de medio refrigerante (16; 29, 30; 44, 45) entre una cabeza fría (17; 31, 32; 35; 46, 47) y un acoplamiento de transferencia (15) al criostato (14; 27, 28).
6. Sistema de propulsión para un barco acorde a la reivindicación 3 o 4, en el cual el circuito de medio refrigerante (16; 29, 30; 44, 45) está configurado entre una cabeza fría (17; 31, 32; 35; 46, 47) y un acoplamiento de transferencia (15) al criostato (14; 27, 28) con el principio de heatpipe criogénico, de modo que al acoplamiento de transferencia (15) le es suministrado medio refrigerante líquido, como neón líquido, hidrógeno líquido, nitrógeno líquido o mezcla de gases líquida y el medio refrigerante evaporado es conducido nuevamente a la cabeza fría (17; 31, 32; 35; 46, 47).
7. Sistema de propulsión para un barco acorde a la reivindicación 5 o 6, en el cual la cabeza fría (17; 31, 32; 35; 46, 47) de cada circuito de medio refrigerante (16; 29, 30; 44, 45) es accionable mediante un circuito de gas comprimido refrigerado por retorno (8; 33, 34; 36).
8. Sistema de propulsión para un barco acorde a la reivindicación 7, en el cual la refrigeración por retorno del circuito de gas comprimido (18; 33, 34; 36) de la cabeza fría (17; 31, 32; 35; 46, 47) es realizada mediante una alimentación de agua fría central, agua de mar o indirectamente a través de un dispositivo de intercambio térmico, unido a su vez térmicamente con la superficie exterior del barco rodeada por el agua de mar.
9. Sistema de propulsión para un barco acorde a una de las reivindicaciones 1 a 8, que está configurado como sistema de propulsión Pod (1), asimismo el, al menos, único motor eléctrico (7; 21, 22) configurado como máquina sincrónica trifásica, y que presenta al bobinado de excitación (10) rotatorio de cable HTS, está alojado en una góndola de motor (2) dispuesta fuera de un casco de barco (3).
10. Sistema de propulsión para un barco acorde a la reivindicación 9, en el cual la cabeza fría (17; 46, 47) de cada circuito de medio refrigerante (16; 44, 45) está dispuesta en un módulo acimut rotatorio (4) del sistema de propulsión (1).
11. Sistema de propulsión para un barco acorde a la reivindicación 9, en el cual la cabeza fría (17; 31, 32) de cada circuito de medio refrigerante (16; 29, 30) está dispuesta en un módulo strut (5) del sistema de propulsión (1).
12. Sistema de propulsión para un barco acorde a la reivindicación 9, en el cual la cabeza fría (35) de cada circuito de medio refrigerante (29, 30) cerca del acoplamiento de transferencia (15), a través del cual los medios refrigerantes pueden ser conducidos a los criostatos (14; 27, 28) que receptan al bobinado de excitación rotatorio (10) de cable HTS, está dispuesta en la góndola de motor (2) del sistema de propulsión Pod (1).
13. Sistema de propulsión para un barco acorde a la reivindicación 9 o 10, en el cual el circuito de gas comprimido (18; 33, 34) está dispuesto, junto con la cabeza fría (17; 46, 47), sobre o dentro del módulo acimut rotatorio (4) del sistema de propulsión Pod (1).
14. Sistema de propulsión para un barco acorde a una de las reivindicaciones 9 a 13, en el cual el criostato (14) del único motor eléctrico (7) dispuesto en la góndola de motor (2) del sistema de propulsión Pod (1) puede ser suministrado con medio refrigerante por dos circuitos de medio refrigerante (44, 45), a los que le está asignado respectivamente una cabeza fría (46, 47).
15. Sistema de propulsión para un barco acorde a una de las reivindicaciones 9 a 14, en el cual en la góndola de motor (2) del sistema de propulsión Pod (1) están previstos dos hélices de barco (23, 24) con marcha en el mismo sentido o en sentido contrario, a las que le está asignado uno de los dos motores eléctricos independientes (21, 22) dispuestos en la góndola de motor (2), cuyos dos rotores (9) están dispuestos respectivamente en un criostato (27, 28).
16. Sistema de propulsión para un barco acorde a la reivindicación 14, en el cual ambos criostatos (27, 28) están unidos respectivamente a una cabeza fría (31, 32) a través de respectivamente un circuito de medio refrigerante
(29, 30).
17. Sistema de propulsión para un barco acorde a la reivindicación 15, en el cual ambos criostatos (27, 28) están unidos a una única cabeza fría común (35) a través de respectivamente un circuito de medio refrigerante (29, 30).
18. Sistema de propulsión para un barco acorde a una de las reivindicaciones 5 a 17, en el cual a cada cabeza fría (17; 31, 32; 35; 46, 47) le está asignado respectivamente un circuito de gas comprimido (18; 33, 34; 36).
19. Sistema de propulsión para un barco acorde a una de las reivindicaciones 7 a 18, en el cual a cada circuito de gas comprimido (36) le está asignado un circuito refrigerante de agua de mar (37).
20. Sistema de propulsión para un barco acorde a una de las reivindicaciones 7 a 18, en el cual a cada circuito de gas comprimido (36) le está asignado un circuito integrado de agua fría (41), asimismo está previsto un termocambiador integrado de gas-agua (40) para la transmisión de calor desde el circuito de gas comprimido (36) al circuito integrado de agua fría (41).
21. Sistema de propulsión para un barco acorde a la reivindicación 20, en el cual el circuito integrado de agua fría (41) presenta otro termocambiador (42), mediante el cual está en contacto térmico con el agua de mar.
22. Sistema de propulsión para un barco acorde a la reivindicación 21, en el cual el otro termocambiador (42) del circuito integrado de agua fría (41) está dispuesto cerca de la pared (43) del módulo strut (5) del sistema de propulsión Pod (1) y es refrigerable por retorno a través de esta pared (43) y mediante el agua de mar.
23. Sistema de propulsión para un barco acorde a una de las reivindicaciones 9 a 18, en el cual cada circuito de gas comprimido (18) presenta un termocambiador integrado de gas - agua (48), que, dispuesto cerca de la pared (43) del módulo strut (5) del sistema de propulsión Pod (1), está unido térmicamente con ella y mediante ella es refrigerable con agua de mar.
24. Sistema de propulsión para un barco acorde a una de las reivindicaciones 9, 11 o 14 a 25, en el cual la o las cabezas frías (17; 31, 32) están dispuestas en el módulo strut (5) y el o los circuitos de gas comprimido (18; 33, 34) están dispuestos en o sobre el módulo acimut rotatorio (4) del sistema de propulsión Pod (1).
25. Sistema de propulsión para un barco acorde a una de las reivindicaciones 9, 12 o 14 a 25, en el cual la o las cabezas frías (35) del sistema de propulsión Pod (1) están dispuestas cerca del o de los acoplamientos de transferencia (15) y el o los circuitos de gas comprimido (36) están dispuestos en o junto al módulo acimut rotatorio (4) del sistema de propulsión Pod.
26. Sistema de propulsión para un barco acorde a una de las reivindicaciones 1 a 8, en el cual el al menos único motor eléctrico (7; 21, 22) configurado como máquina sincrónica trifásica, y que presenta al bobinado de excitación (10) rotatorio de cable HTS, está alojado en un tubo de codaste (51) en un casco de barco (50).
27. Sistema de propulsión para un barco acorde a una de las reivindicaciones 1 a 8, en el cual el al menos único motor eléctrico (7; 21, 22) configurado como máquina sincrónica trifásica, y que presenta al bobinado de excitación (10) rotatorio de cable HTS, está dispuesto como motor interior, mediante el cual es accionable la hélice de barco
(8; 23, 24) asignada, a través de una línea de árbol (54).
28. Sistema de propulsión para un barco acorde a una de las reivindicaciones 1 a 27, en el cual la alimentación del sistema de propulsión para un barco está formada por una máquina motriz (53) y un generador (52), a cuyo criostato, que recepta a su bobinado de excitación rotatorio (10) le es suministrado, al mismo tiempo que al criostato (14) del motor eléctrico (7), medio refrigerante mediante un circuito de medio refrigerante (16) común a ambos criostatos.
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29. Sistema de propulsión para un barco acorde a una de las reivindicaciones 1 a 27, en el cual la alimentación del sistema de propulsión para un barco está formada por una máquina motriz (53) y un generador (52), a cuyo criostato, que recepta a su bobinado de excitación rotatorio (10) le es suministrado medio refrigerante, al mismo tiempo que al criostato (14) del motor eléctrico (7), mediante dos circuitos de medio refrigerante (44, 45) redundantes entre sí.
30. Sistema de propulsión para un barco acorde a las reivindicaciones 5 a 29, en el cual la cabeza fría (17; 46, 47) de cada circuito de medio refrigerante (16; 44, 45) está dispuesta verticalmente por sobre el criostato dispuesto en lo más alto en sentido vertical.
31. Sistema de propulsión para un barco acorde a una de las reivindicaciones 9 a 30, en el cual a cada motor eléctrico (21, 22), que presenta un suministro de medio refrigerante propio, le está asignado también una alimentación propia en la góndola de motor (2) del sistema de propulsión Pod (1).
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