ES2321268B2 - Bocina auto-alineable para la salida del eje portahelice de buques. - Google Patents
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Abstract
Bocina auto-alineable para la
salida del eje portahélice de buques.
Bocina para la salida del eje porta hélice de
buques, que comprende una carcasa tubular cilíndrica dentro de la
que va fijado un cojinete tubular, a través del que pasa el eje
portahélice. La carcasa citada está compuesta por dos cuerpos
tubulares coaxiales independientes, uno interno (7) y otro externo
(8), los cuales presentan superficies de apoyo de sección
coincidente y con curvatura longitudinal esférica de radio
aproximadamente igual. El cuerpo tubular interno (7) es portador
del cojinete (2). El cuerpo tubular externo (8) está constituido
por dos mitd4s (9) y (10) unidas por medios de fijación
desmontables.
Description
Bocina auto-alineable para la
salida del eje portahélice de buques.
La presente invención se refiere a una bocina
autoalineable para la salida del eje portahélice de buques, que
está compuesta por una carcasa cilíndrica, dentro de la que va
fijado un cojinete tubular, a través del que pasa el eje
portahélice.
La bocina es un componente importante dentro de
la estructura y construcción del buque, por lo que su diseño y
estudio se encuadra dentro del sector de la construcción naval y,
dentro de ella, se integra entre los componentes del equipo
propulsor.
Básicamente, la bocina consiste en el orificio
cilíndrico en la popa del casco o estructura del buque, que permite
la salida hacia el mar del eje portahélice.
Además de permitir la salida del eje propulsor,
la bocina debe incorporar aquellos elementos que permitan soportar
el giro del eje, manteniendo la correspondiente y necesaria
capacidad de "cojinete".
Dada que esta capacidad de cojinete precisa del
suministro continuo del correspondiente fluido lubricante, mientras
que obligatoriamente y de forma simultánea debe trabajar sumergida,
la bocina debe incorporar externa e internamente además, los
elementos obturadores necesarios para impedir, por una parte la
entrada de agua de mar al elemento cojinete, y subsiguientemente al
interior del buque, y por otra, impedir que el líquido lubricante
se evacúe al exterior por el propio juego del cojinete.
Tradicionalmente, y en la actualidad esta forma
constructiva se mantiene, la bocina está formada básicamente, y
prescindiendo de los elementos de obturación mencionados, de una
carcasa cilíndrica rígida de acero en forma de linterna o casquillo
de gran dimensión, en cuyo interior va soldado o fundido y torneado
después, el metal componente del cojinete.
Todo el conjunto va montado a presión y con alto
grado de ajuste, en un orificio cilíndrico, torneado en el cuerpo
del codaste, como continuación de la línea del eje propulsor, desde
la chumacera de empuje, y desde el propio equipo propulsor.
El material de la superficie de cojinete está
formado por "metal blanco", compuesto en su casi totalidad de
plomo y estaño.
En la actualidad este material se sustituye en
algunas ocasiones, por productos termoplástico, como el
"Vesconite" u otros.
El empuje del buque, es decir su fuerza
desplazante, lo ejerce la hélice sobre la masa de agua que la
rodea. Durante su trabajo, la hélice del buque está sometida, en
base primeramente a la diferente columna hidrostática que la rodea,
y segundo y principalmente por las inmensas masas de agua que de
forma aleatoria, y que con unas intensidades y fuerzas variables
sobre ella inciden, a unas presiones de empuje muy diferentes sobre
sus palas.
Estas diferencias de fuerza sobre las palas, y
en las que las de la parte inferior siempre están más sometidas,
hace, que el par flector correspondiente se transmita al eje
portahélice.
El eje portahélice aunque está dimensionado para
soportar estas diferencias de par flector, como elemento elástico
que es, se deforma adquiriendo una flecha variable, en función del
empuje aleatorio de las masas de agua sobre la hélice.
Estas deformaciones son mucho más acusadas en
ejes apoyados en arbotantes, y precisamente en el cojinete de
éstos, ya que en estos casos la distancia entre el apoyo del
arbotante y el primer cojinete de bocina del interior del casco
puede superar los diez metros, y la deformación que propicia en los
ejes es mayor.
Cuando el eje es sometido a un par flector
suficiente, la deformación del eje obliga a éste a apoyar su giro,
exclusivamente en puntos diametralmente opuestos de los bordes
extremos, anterior y posterior, del cojinete.
En esta situación, todo el trabajo de fricción
del eje sobre el cojinete, está siendo concentrado en dos
superficies mínimas comparativamente con toda la superficie
longitudinal del cojinete.
En este punto, se generan, en toda la zona del
cojinete unas vibraciones que pueden llegar en casos a ser
peligrosas.
\newpage
Por otra parte, el material de que ésta
construido el cojinete tiene unas condiciones físicas, dada su
constitución, para trabajar con apoyo en gran superficie, que haga
que las cargas por unidad de superficie sean aceptables.
En esta situación mencionada las superficies de
apoyo se han reducido casi exclusivamente a los extremos del
cojinete, y además de la componente radial de apoyo del eje,
aparece una longitudinal, que comprime el eje flexionado sobre la
parte exterior del cojinete más próxima a la hélice, aumentando aún
más la presión unitaria.
En este punto, estas zonas del cojinete están
sometidas a tal sobrecarga, que la temperatura alcanza límites no
tolerados por la integridad del material del cojinete, y éste se
funde o se agrieta despegándose del casquillo de bocina donde va
soldado, y deriva hacia una rápida autodestrucción.
Dado que la deformación elástica del eje
portahélice es imposible de evitar, la solución al problema pasa
por intentar que la bocina en su longitud, es decir, la generatriz
del cilindro interior del cojinete, y consecuentemente la superficie
de apoyo del eje, adquiera en cada momento en que el eje se deforma,
una orientación similar a esta deformación, con lo que la
superficie de apoyo del cojinete, aunque no consiga ser total, al
menos aumente sustancialmente de valor, y permita que las cargas
superficiales sean de un valor aceptable.
Para ello, de acuerdo con la invención, la
carcasa tubular que forma la bocina está constituida por dos
cuerpos tubulares coaxiales independientes, uno interno y otro
externo. Estos dos cuerpos tubulares presentan superficies de apoyo
de sección coincidente y ambas superficies con una curvatura
longitudinal esférica de radio aproximadamente igual. Una de estas
superficies será curvo-cóncava y la otra
curvo-convexa, conteniendo la primera a la
segunda.
El cuerpo tubular interior será portador del
cojinete tubular de apoyo del eje, y presentará exteriormente la
superficie longitudinal curvo-convexa. Por su parte
el cuerpo tubular externo presentará interiormente la superficie
longitudinal curvo-cóncava y de acuerdo con la
invención estará constituido por dos mitades unidas por medios de
fijación soltables.
El cuerpo tubular externo estará
transversalmente dividido, según su plano transversal medio, en dos
mitades y los medios de fijación de ambas mitades consistirán en
pernos que se introducirán a través de taladros enfrentados
practicados a lo largo de las paredes de dichas mitades.
Con la constitución descrita y con el fin de
evitar desplazamientos transversales entre las dos mitades que
conforman el cuerpo tubular externo, dichas mitades presentan en
sus cantos enfrentados conformaciones anulares axial y radialmente
acoplables.
Por otro lado, para evitar el giro relativo
entre las dos mitades que conforman el cuerpo tubular exterior, al
menos dos de los pernos que constituyen los medios de fijación de
las dos mitades del cuerpo tubular externo y preferentemente dos
pernos situados en posiciones diametralmente opuestas, junto con los
correspondientes taladros, presentarán en la zona de transición
entre las dos mitades, tramos de secciones ajustables
aproximadamente coincidentes.
Con la constitución descrita se dispone de una
bocina cuyos cuerpos tubulares interno y externo tienen un
comportamiento a modo de rótula, con lo que se logrará que la
superficie de apoyo del eje, definido por la superficie cilíndrica
interna del cuerpo tubular interior, adquiera en cada momento en
que el eje se deforma una orientación similar a la de dicho eje. Si
se quiere disponer de una mayor libertar de movimiento en la
orientación de este cuerpo de bocina, la curvatura longitudinal
externa del cuerpo tubular interior puede ser de radio ligeramente
menor que el de la superficie curvo-cóncava interna
del cuerpo tubular exterior.
Para facilitar la lubricación entre los cuerpos
tubulares interno y externo se practican, en la superficie externa
curvo-convexa del cuerpo tubular interno, canales de
pequeña sección, vaciados en diferentes direcciones.
El huelgo de la rótula que forman las
superficies curvas de apoyo de los cuerpos tubulares interno y
externo puede ser variado mediante la interposición de suplementos
calibrados entre las superficies de unión de los cuerpos
exteriores.
En los dibujos adjuntos se muestra, a título de
ejemplo no limitativo, una posible forma de realización de la
bocina de la invención, siendo:
La figura 1 una sección diametral de una bocina
de constitución convencional.
La figura 2 un despiece en perspectiva de una
bocina constituida de acuerdo con la invención.
La figura 3 una sección diametral de la bocina
de la figura 2, una vez montados sus diferentes componentes.
La figura 4 corresponde al detalle A de la
figura 3, a mayor escala.
La figura 5 corresponde al detalle B de la
figura 3, a mayor escala.
La figura 6 es una sección parcial de la bocina
de la invención, según la línea de corte VI-VI de
la figura 3.
Las características y ventajas de la bocina de
la invención podrán comprenderse mejor con la siguiente
descripción, hecha con referencia a los dibujos adjuntos, que
corresponden a un ejemplo de realización no limitativo.
En la figura 1 se muestra en sección diametral
una bocina de constitución convencional, la cual comprende una
carcasa tubular cilíndrica rígida, en cuyo interior va soldado o
fundido, y después torneado, un cojinete 2, a través del que pasa
el eje portahélice 3. La carcasa tubular cilíndrica 1 va montada a
presión y con un alto grado de ajuste en un pasaje cilíndrico
torneado en el cuerpo del codaste 4, como continuación de la línea
del eje propulsor 3, desde la chumacera de empuje y desde el propio
equipo propulsor.
Como ya se ha expuesto anteriormente, sobre las
diferentes palas de la hélice se ejercen empujes muy diferentes,
estando siempre las palas inferiores sometidas a mayores presiones,
lo cual provoca un par flector que se transmite al eje portahélice
3. Aunque este eje está dimensionado para soportar estas
diferencias de par flector, se deforma adquiriendo una flecha
variable que se representa de forma exagerada en la figura 1 y que
obliga a que el eje 3 apoye durante su giro en puntos 5 y 6
diametralmente opuestos de las secciones extremas del cojinete 2,
siendo de mayor intensidad el apoyo en el punto 5.
En esta situación todo el trabajo de fricción
del eje 3 sobre el cojinete 2 está siendo concentrado en dos
superficies mínimas, correspondientes a los puntos 5 y 6,
comparativamente con toda la superficie longitudinal del cojinete
2. Esta situación hace que se generen en toda la zona de cojinete
unas vibraciones que pueden llegar en determinados casos a ser
peligrosas.
De acuerdo con la presente invención, figura 3
del dibujo, la carcasa de la bocina está constituida por dos
cuerpos tubulares coaxiales independientes, uno interno 7 y otro
externo 8, el segundo de los cuales está transversalmente
subdividido, según el plano transversal medio, en dos mitades 9 y
10 que se unen mediante pernos 11, Fig. 2, introducidos a través de
taladros calibrados 12 practicados en las dos mitades de los
cuerpos tubulares externos 9 y 10
Los dos cuerpos tubulares 7 y 8 presentan
superficies de contacto de sección aproximadamente coincidente y
con curvatura longitudinal esférica de radio aproximadamente igual.
Según se aprecia mejor en la figura 3, el cuerpo tubular interno
presenta exteriormente una superficie longitudinal
curvo-convexa 15, mientras que el cuerpo tubular
externo presenta interiormente una superficie longitudinal
curvo-cóncava 13, ambas de radio esférico
aproximadamente igual.
También según puede apreciarse en la figura 3,
el cuerpo tubular interno es portador del cojinete tubular interno
2.
Las dos mitades 9 y 10 que conforman el cuerpo
tubular externo presentan superficies enfrentadas y refrentadas, en
la que se conforma un escalón periférico 17 o cajera ajustable
entre las dos mitades para evitar posibles desplazamientos
laterales entre ellas una vez montadas, según se muestra en la
figura 4.
El semi-cuerpo 9 dispone en su
extremo izquierdo exterior, de una brida 16, mecanizada
simultáneamente con la superficie exterior, para el montaje y
afianzamiento del conjunto por medio de pernos, en el codaste 4 del
casco.
Como ya se ha indicado, las dos mitades 9 y 10
se unen entre si por medio de pernos 11 de cabeza perdida,
introducidos a través de los taladros 12 correspondientes. Dos de
los pernos 11, preferentemente dos pernos que ocupen posiciones
diametralmente opuestas, presentan en la zona de transición entre
los cuerpos 9 y 10 un tramo cilíndrico 11' de pequeña longitud,
figura 5, pero de suficiente ajuste con los taladros 12 para que
las dos mitades 9 y 10, una vez montadas y apretados los tornillos,
no puedan tener giro relativo entre las mismas.
Una vez empernados los cuerpos 9 y 10 se procede
al torneado del conjunto, primero por la superficie exterior,
luego se refrentan las zonas externas laterales, y la brida 16, y
por último se mecaniza la superficie curvo-cóncava
interior de radio R, que se referencia con el número 13 en la
figura 3. Esta superficie curvo-cóncava es deseable
que sea acabada con abrasión, para conseguir una finura superficial
aceptable.
Antes del acabado por abrasión, las dos mitades
9 y 10 se desmontan y en cada una de ellas, en la zona de unión de
la superficie cóncava interior, se practican dos entallas
semicilíndricas 18 diametralmente enfrentadas, figura 2, para que
con suficiente juego o huelgo puedan quedar introducidos unos
pivotes 19, para el fin que se expondrá mas adelante.
Una vez que se ha construido el cuerpo tubular
externo 8 se procede a la construcción del cuerpo tubular interno
7, con acero de alta resistencia y que conformará la bocina
propiamente dicha, procediéndose al torneado de su superficie
exterior curvo-convexa, también de radio R, que se
indica con la referencia 15 en la figura 3. Si se quiere garantizar
una mayor libertad de movimiento en la orientación de la bocina, la
curvatura de la superficie curvo-convexa 15 se
puede realizar con un radio ligeramente menor que el de la
superficie curvo-cóncava 13. Finalmente se funde y
tornea el cojinete interior 2 en la superficie interna del cuerpo
tubular interno 7, como en una bocina convencional. La superficie
exterior del cuerpo tubular interno también se acaba con abrasión,
de igual forma que la superficie interna del cuerpo tubular externo
8.
En el cuerpo tubular interno 7 se practican
externamente, también en puntos diametralmente opuestos, en su
diámetro mayor, y a media profundidad respecto al espesor del
cuerpo 7, unas entalladuras 20 cilíndricas, figuras 3 y 2, donde
van a ir alojados con ajuste y sujetos con tornillos 21 provistos de
freno, los pivotes 19, cuya misión será impedir el posible giro
rotacional de este cuerpo tubular interno 7 sobre el cuerpo 8,
durante su trabajo, pero permitiendo la orientación rotular axial
de ambos cuerpos en cualquier dirección.
En una bocina convencional, mostrada en la
figura 1, solamente se considera un juego radial L entre el eje 3 y
el cojinete 2. En la bocina de la invención existen dos juegos:
uno entre el eje 3 y el cojinete 2, como en las bocinas
convencionales, y uno nuevo entre los cuerpos tubulares internos 7
y externo 8. Los dos juegos de la nueva bocina de la invención
pueden ser del mismo valor e igual a la mitad del juego L de la
bocina convencional de la figura 1.
Con la constitución descrita los cuerpos
tubulares internos 7 y externo 8 se comportan a modo de rótula, con
lo que la generatriz del cilindro interior del cojinete 2, y como
consecuencia la superficie de apoyo del eje 3, adquirirá en cada
momento en que dicho eje se deforma una orientación similar a la de
esa deformación. De este modo, la superficie de apoyo ofrecida por
el cojinete, aunque no sea total, aumenta sustancialmente de valor
permitiendo que las cargas superficiales sean de un valor
aceptable.
El huelgo de la rótula que forman las
superficies de los cuerpos tubulares internos 7 y externo 8 puede
ser variada aumentando o disminuyendo suplementos calibrados entre
las superficies de contacto entre las mitades 9 y 10 del cuerpo
tubular externo 8, figura 4.
Sobre la superficie convexa 15 del cuerpo
tubular interno 7 se practicarán unos ligeros canales, no mostrados
en los dibujos, vaciados en diferentes direcciones (patas de
araña), para facilitar la lubricación entre las superficies 13 y 15
durante su trabajo.
En la bocina de la invención el sistema de
lubricación es el mismo y simultáneo en las dos superficies, la del
cojinete 2 y superficie de rótula articulada entre las superficies
13 y 15, pero el flujo de la circulación del fluido recorre primero
la zona del cojinete del eje y luego la zona de rótula de asiento
exterior entre las superficies de los cuerpos tubulares internos 7
y externo 8.
Partiendo de la realidad que la deformación del
eje es la misma en ambos sistemas de bocinas, convencional y
autolineable de la invención, los elementos de estanquidad del
fluido lubricante y/o del agua de mar, sirven exactamente igual
para ambos sistemas, ya sean de anillos rozantes tipo
"Cedervall" o de labios elásticos de estanquidad tipo
"Simplex".
Con la constitución descrita se consigue una
bocina "flotante", que será capaz, bajo demanda de la propia
deformación elástica del eje, de orientarse en la dirección del eje
geométrico del mismo, cuando la deformación se produce, salvo en
los valores de la flecha comprendida entre la parte anterior y
posterior de los límites del cojinete interior de la bocina.
Claims (10)
1. Bocina para la salida del eje portahélice de
buques, que comprende una carcasa tubular cilíndrica, dentro de la
que va fijado un cojinete tubular, a través del que pasa el eje
portahélice, caracterizada porque la carcasa tubular citada
está compuesta por dos cuerpos tubulares coaxiales independientes,
uno interno y otro externo, los cuales presentan superficies de
apoyo de sección coincidente y con curvatura longitudinal esférica
de radio aproximadamente igual; cuyo cuerpo tubular interno es
portador del cojinete tubular y presenta exteriormente la
superficie longitudinal curvo-convexa; y cuyo cuerpo
tubular externo presenta interiormente la superficie longitudinal
curvo-cóncava y está constituido por dos mitades
unidas por medios de fijación desmontables.
2. Bocina según la reivindicación 1,
caracterizada porque el cuerpo tubular externo está
transversalmente dividido, según su plano transversal medio, en dos
mitades, consistiendo los medios de fijación de dichas mitades en
pernos introducidos a través de taladros enfrentados practicados a
lo largo de las paredes de dichas mitades.
3. Bocina según la reivindicación 2,
caracterizada porque las dos mitades del cuerpo tubular
externo presentan en sus cantos enfrentados conformaciones
anulares, axial y radialmente acoplables, que impiden
desplazamientos entre ambas mitades.
4. Bocina según la reivindicación 3,
caracterizada porque las conformaciones citadas consisten en
escalones periféricos complementarios practicados a partir de la
superficie externa de los cantos enfrentados de las dos
mitades.
5. Bocina según la reivindicación 2,
caracterizada porque al menos dos pernos y taladros situados
en posiciones diametralmente opuestos presentan, en la zona de
transición y entre las dos mitades que conforman el cuerpo tubular
externo, sendos tramos de secciones ajustables coincidentes, para
evitar el giro relativo entre dichas mitades.
6. Bocina según la reivindicación 1,
caracterizada porque la superficie longitudinal
curvo-convexa del cuerpo tubular interno es de
radio de curvatura ligeramente menor que el de la superficie
curvo-cóncava del cuerpo tubular externo.
7. Bocina según la reivindicación 1,
caracterizada porque en la superficie externa
curvo-convexa del cuerpo tubular interno se
practican canales de pequeña sección, para lubricación entre los
cuerpos tubulares interno y externo.
8. Bocina según la reivindicación 1,
caracterizada porque entre las superficies enfrentadas de las
dos mitades del cuerpo externo se disponen suplementos calibrados,
para aumentar el huelgo entre las superficies curvas de los cuerpos
interno y externo.
9. Bocina según reivindicación 1,
caracterizada porque el semi-cuerpo exterior
al buque, dispone de una brida circunferencialmente taladrada, para
el empernado de todo el conjunto en el alojamiento cilíndrico del
codaste del buque.
10. Bocina según reivindicación 1,
caracterizada por disponer de unos pivotes radiales sujetos
fuertemente en cavidades cilíndricas, y en su máximo diámetro del
cuerpo interior, y alojados con suficiente huelgo en el cuerpo
exterior y zona correspondiente, para evitar en todo punto el
movimiento relativo rotacional entre ambos cuerpos, pero que
permitan la orientación rotular axial de ambos cuerpos en cualquier
dirección.
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| ES2321268A1 (es) | 2009-06-03 |
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