ES2351397T3 - Accionamiento de hélice para una unidad de propulsión por chorro de agua. - Google Patents

Abstract

Una unidad de propulsión de agua de masa elevada a baja presión que incluye un impulsor de aguas arriba (4) y un impulsor de aguas abajo (5), un alojamiento de la bomba (2), una entrada de agua (1) para comunicarse con el impulsor de aguas arriba (4) y una salida (3) para comunicarse con el impulsor de aguas abajo (5), estando montados los dichos impulsores (4, 5) en y, en uso, accionados por unos ejes (6, 6a) de manera que sean coaxiales unos con otros, dentro del alojamiento de la bomba (2); dichos impulsores (4, 5) están separados y se adaptan para ser girados dentro del alojamiento de la bomba (2) en direcciones opuestas, y en la que cada impulsor (4, 5) incluye una serie de palas del impulsor que se extienden radialmente desde un buje central, y las palas del impulsor de aguas arriba (4) son de paso opuesto a las palas del impulsor de aguas abajo (5), caracterizada porque, uno de los impulsores (4, 5) se dispone para transmitir menos energía al agua que el otro impulsor (4,5); y en la que el área transversal de la salida (3) es tal que en uso presenta una impedancia mínima al flujo de agua a través de la misma, dicha unidad de propulsión de agua no incluye entradas de aire entre los impulsores (4, 5).

Description

CAMPO DE LA INVENCIÓN

5

Esta invención se refiere en general a un aparato de propulsión por chorro de agua para la propulsión de barcos y otras embarcaciones y también a unas bombas fijas y a la generación hidroeléctrica, y más concretamente a una unidad de propulsión de agua de acuerdo con las características del preámbulo de la reivindicación independiente 1.

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ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Un dispositivo de propulsión por chorro de agua opera utilizando las fuerzas de reacción resultantes de impulsar una masa en una dirección creando así una fuerza igual y opuesta en la otra dirección. 15

Un chorro de alta presión produce su empuje básicamente en la sección de la boquilla en la parte posterior del dispositivo. Los impulsores que producen el empuje tienen un paso fino de manera que sean capaces de desarrollar una carga de presión, que a su vez cree un gran cambio en la velocidad a medida que el agua es forzada a través de una salida que se reduce rápidamente. La velocidad del agua por delante de la sección de 20 la boquilla en un chorro de agua que opera por encima de la línea de agua, no es la misma que la velocidad del agua del barco o embarcación. La velocidad del agua en la sección del impulsor y la toma está por debajo de la velocidad del barco, y así el cambio de velocidad se calcula a partir del cambio neto de la velocidad desde la toma hasta la salida de la boquilla, teniendo lugar el mayor cambio en esta última. 25

Otra forma de aparato de propulsión por chorro de agua consiste en una unidad que envía una masa considerable de agua a través de una boquilla de salida pero a una presión comparativamente baja. Tales dispositivos son conocidos comúnmente como unidad de masa elevada a baja presión.

Los sistemas de propulsión por chorro de agua tienen unos atributos 30 específicos para la característica referente al diseño de la unidad. Se sabe que los sistemas de propulsión por chorro de alta presión son especialmente eficaces operando en aguas poco profundas. Los defectos de un sistema de propulsión a chorro de alta presión sin embargo, se refieren generalmente a su operación a velocidad de lenta a media. Un chorro de agua requiere alta presión a fin de crear un cambio de velocidad en la sección de la 35 boquilla suficiente para producir un empuje utilizable. Para lograr esto, los sistemas

conocidos emplean un impulsor o impulsores inductores de presión de paso fino, a menudo seguido por una o varias secciones del estator y a continuación una boquilla de reducción. Los impulsores de paso fino van desde aproximadamente 11-20 grados, y por lo tanto tienen un coeficiente de avance reducido (relación entre la velocidad del barco y la velocidad periférica del impulsor). A revoluciones de impulsor lentas, desarrollan un 5 empuje relativamente bajo.

Un sistema de propulsión por chorro de agua tiene una velocidad de agua notablemente reducida por delante de la sección de la boquilla. El agua difunde en una sección de toma en frente del impulsor de aguas arriba, y a mediada que lo hace, se ralentiza. Esta ralentización del agua a medida que pasa por el cuerpo de la bomba reduce 10 las pérdidas por fricción. Los estatores (álabes supresores de turbulencias en el agua, situados aguas abajo de los impulsores) también representan un potencial para las pérdidas por fricción inaceptables si la velocidad del agua aguas arriba de los mismos se eleva demasiado. El uso de impulsores de coeficiente de avance bajo mantiene la velocidad baja, pero permite que se produzca una presión muy alta en la sección de la 15 boquilla. Aquí es donde tiene lugar el mayor cambio en la velocidad resultando en un empuje utilizable. Esto obliga a un sistema de chorro de alta presión a tener una configuración donde una masa relativamente baja de agua se acelera a velocidades muy altas en una sección de la boquilla, situada aguas abajo de todas estas estructuras.

Para un usuario que requiera tanto una velocidad del barco buena, así como 20 un control de velocidad lenta a revoluciones del motor bajas, el chorro de alta presión tiene limitaciones, ya que expulsa una masa relativamente baja de agua a una velocidad de penacho lenta. Donde se requieren bajas velocidades del impulsor y altos empuje del propulsor, el chorro de alta velocidad no es un buen sustituto para un sistema de hélice.

Por lo tanto se ha dirigido un desarrollo considerable hacia la mejora de la 25 eficacia de las unidades de propulsión por chorro de agua y en particular para proporcionar una unidad de propulsión que pueda actuar como un dispositivo de masa baja a alta presión y un dispositivo de masa elevada a baja presión efectivo.

TÉCNICA ANTERIOR 30

Un sistema de propulsión a chorro de alta presión se describe en la patente U.S. 3044260 (Hamilton). El sistema de Hamilton se caracteriza por unos impulsores que tienen un coeficiente de avance bajo. Un área en sección transversal de la boquilla que se reduce en gran medida resulta en un cambio muy grande en la velocidad del agua, y así se 35 produce el empuje.

Otras formas de bombas de alta presión se han descrito en la patente U.S. 3.269.111 (Brill) y 3.561.392 (Baez).

Una variedad de boquillas de descarga ajustables han sido descritas por ejemplo en la patente US 5.658.176, (Jordan) que muestra un dispositivo de control de la presión de la boquilla diseñado para optimizar la presión en una bomba de alta presión. 5 Jordan no define las condiciones necesarias para una eficacia óptima en una bomba de baja presión, se refiere a los "medios de bombeo que por la fuerza envían el agua a través de la boquilla impulsando así la nave..." (Columna 1 líneas 14-17). Esto se refiere claramente al empuje que se genera en la sección de la boquilla. La inclusión de una sección de estator también impide que este dispositivo sea una bomba de baja presión. 10

La patente U.S. 6.293.836 (Blanchard) describe una boquilla ajustable para una bomba de alta presión. En las líneas 27-29 de la columna 1 hay una referencia a que la presión se desarrolla en la boquilla, donde se dice: "una apertura menor también es deseable para la maniobra de baja velocidad, ya que resultaría en una mayor velocidad del flujo de agua saliente a unas rpm de motor bajas". 15

Ha habido un intento anterior para superar las limitaciones de los chorros de agua de alta presión. Las patentes US 5.634.832 (Davies) y 6.193.569 (Davies) describen un chorro de agua por encima de la línea de flotación que opera a bajas presiones. A diferencia de los chorros de presión tradicionales, donde el empuje se desarrolla en la sección de la boquilla, un chorro de baja presión produce un cambio en la velocidad 20 predominantemente a través de sus palas del impulsor. Utilizando las velocidades de toma de agua muy bajas por adelante de los impulsores, pueden lograrse grandes ganancias en la eficacia. A fin de estar en su punto de máxima eficacia, las contrapresiones de la bomba deben mantenerse tan bajas como sea posible, para permitir la mínima impedancia del agua acelerada a medida que abandona el impulsor de aguas abajo. Por lo tanto un 25 dispositivo de presión baja de este tipo no utiliza una salida estrechada para la boquilla que está en contraposición a la manera en que opera la sección de la boquilla de un chorro de alta presión.

Los impulsores contrarrotatorios también proporcionan un flujo recto o lineal a la salida, eliminando así la necesidad de estatores. Esto también significa que una vez 30 que el agua se ha acelerado a su velocidad terminal, no debería haber estructuras presentes que ralenticen la velocidad del agua. Una configuración de una estructura submarina se describe en la patente US 5.846.103 (Vamey et al.) que muestra una configuración de una bomba de chorro que está suspendida por debajo del barco, de manera que la toma está sometida a las velocidades de agua de la velocidad del barco. 35 DE 3942672 se refiere a una bomba de chorro de masa baja a alta presión con una sección

de la boquilla de chorro y dos impulsores. Cada impulsor puede ser accionado en direcciones opuestas o en la misma a velocidades diferentes o iguales utilizando una caja de engranajes situada en el centro. El objetivo es producir un chorro con flujo irrotacional, la boquilla le impide operar como dispositivo de masa elevada a baja presión, y el empuje se produce en la sección de la boquilla. 5

WO 98/47760 describe un método para accionar dos impulsores en unos engranajes de anillo con un eje único accionando los impulsores de esta manera se evita el eje a través de la sección central del alojamiento de la bomba. El dispositivo mostrado es un dispositivo de masa baja a alta presión con una boquilla.

WO 94/08845 muestra un dispositivo descrito como de masa elevada a baja 10 presión, y define el intervalo como (0-40 psi). El dispositivo funcionará de hecho fuera de este intervalo y el requisito de una boquilla con un dispositivo de estrangulación sugiere en realidad una bomba de chorro de masa baja a alta presión que opere en un intervalo extenso más que un verdadero dispositivo de masa elevada a baja presión. La necesidad de una boquilla reduce la eficacia, y la obliga a operar como un dispositivo de mayor 15 presión.

WO 00/38980 describe una masa elevada a baja presión operando entre 0 ~ 40 psi y una masa baja a alta presión de hasta 100 psi. El dispositivo incluye una boquilla entre etapas que incrementa la presión bajo la cual opera el impulsor de aguas arriba. Este dispositivo es la combinación de una bomba de chorro de alta presión de una 20 sola etapa y una hélice que opera a presión atmosférica. Para garantizar que el impulsor de aguas abajo opera a presión atmosférica se incluyen unas entradas de aire, lo que aumenta la complejidad del dispositivo. El requisito de unas entradas de aire para operar el impulsor de aguas abajo en condiciones atmosféricas es probable que aumente la erosión en el impulsor de aguas abajo. Este dispositivo sufre las pérdidas de una unidad 25 de alta presión pero tiene una presión de penacho más baja, no es un dispositivo de masa elevada a baja presión, sólo se basa en los principios de masa elevada, baja presión y configuración estrangulada.

Los impulsores para un chorro de baja presión idealmente deberían diseñarse para tener un coeficiente de avance relativamente alto y esto requiere impulsores de paso 30 grande. Asimismo, el cuerpo de la bomba no debería crear arrastre o fricción como resultado de estar expuesta al agua de movimiento rápido debajo del barco.

La técnica anterior anteriormente indicada y la tecnología conocida en este campo muestran que para que un chorro de baja presión/masa elevada opere de manera eficaz, debe tenerse en cuenta un parámetro fundamental a medida que aumentan las 35

revoluciones del impulsor, y aumenta el cambio en la velocidad a través de las palas del impulsor.

En una bomba de masa elevada a baja presión, el aire que está siendo arrastrado de vuelta a la bomba por la caída de las presiones desarrollada sobre los impulsores y en la toma, induce ventilación, similar a una hélice que opera cerca de la 5 superficie del agua. Para combatir esta situación puede colocarse un dispositivo anti-ventilación ajustable a la salida de escape para adaptar los diferentes requisitos de cebado a través de un amplio intervalo de revoluciones del impulsor por minuto. Este dispositivo no es siempre necesario, ya que el tamaño de la salida de escape puede fijarse a una configuración diana, sin embargo hay algunas situaciones donde el uso de un dispositivo 10 de este tipo ayudará a la operación del chorro. A unas velocidades de bomba internas lentas, la apertura de salida de escape estaría al máximo, y se caracterizaría por una velocidad de penacho muy baja. Si la salida fuese a permanecer bajo el agua durante la operación, entonces la salida puede ser mayor nuevamente. A medida que aumenta la velocidad del agua a través de la bomba, la salida de escape debe reducirse en área, para 15 controlar la ventilación, y permitir conducir la nave en el plano, y hasta velocidades muy altas.

Todas la unidades de propulsión por chorro de agua conocidas que incluyen bombas de flujo, bombas, bombas contrarrotatorias de baja presión y flujo axial, centrífugas, se caracterizan por tener unas palas del impulsor “cerradas”, es decir que el 20 borde frontal de una pala se superpondrá al borde de salida de la siguiente pala en ese impulsor. Se considera que esta configuración se requiere para posibilitar que la bomba sea de cebado automático, lo que es debido a que la unidad de propulsión es, en efecto, una bomba que opera por encima del nivel del agua, debe ser capaz de crear una caída en la presión aguas arriba de los impulsores que forzará al agua a través de la toma de la 25 bomba y sobre las palas del impulsor de aguas arriba. Esta característica de cebado automático debe permanecer a lo largo de la operación de la bomba para asegurar el envió adecuado de agua a través de la bomba. A medida que el barco se mueve por el agua, el movimiento de avance también ayudará a mantener la bomba cebada debido al efecto de presión dinámica en el agua que entra a través de la toma. 30

Los sistemas de propulsión de agua conocidos que utilizan dos impulsores contrarrotatorios tienen unos impulsores que son prácticamente idénticos, excepto porque las palas de un impulsor serán del paso opuesto a las palas del otro impulsor. El efecto de esto es que cada impulsor transmitirá prácticamente la misma cantidad de energía al agua.

También se ha sugerido en un esfuerzo por mejorar la eficacia hacer que el 35 impulsor de aguas abajo de una bomba con impulsores gemelos contrarrotatorios haga

más trabajo que el impulsor de aguas arriba de manera que los impulsores se equilibren en su operación.

Es considerado por los inventores que el uso de dos impulsores contrarrotatorios cada uno de los cuales tiene unas palas que se superponen creará una caída de la eficacia y por tanto del rendimiento y se ha descubierto inesperadamente que 5 al formar un impulsor, el impulsor de aguas arriba o de aguas abajo de manera que sea menos eficaz que el otro creará un aumento de la eficacia.

Además también se considera que las dos impulsores deberían configurarse para que el impulsor de aguas abajo no pueda crear succión contra el impulsor de aguas arriba. Por supuesto, es necesario que el impulsor de aguas arriba se configure de manera 10 que pueda crear una caída de la presión en el lado de aguas arriba del impulsor para posibilitar que la unidad sea de cebado automático y genere un cambio de velocidad a través de las palas del impulsor, de manera que se produzca el empuje.

Todavía otro requisito más es que los dos impulsores trabajen de manera que se minimice la posibilidad de cavitación, es decir cuando el aire entra a la bomba 15 especialmente a través de la salida de la bomba.

Un factor significativo por tanto en la eficacia de la bomba es controlar la succión relativa que puede existir en la zona entre los impulsores de aguas arriba y de aguas abajo. Si el impulsor de aguas abajo tiene que superar la succión transmitida por el impulsor de aguas arriba, entonces se utiliza una proporción de la energía disponible en la 20 superación de la succión en lugar de ser utilizada para generar propulsión.

OBJETO DE LA INVENCIÓN

Es un objeto de esta invención proporcionar una bomba de masa elevada a 25 baja presión mejorada que sea eficaz a diversas velocidades de barco y en particular que a mayores velocidades de barco proporcione la eficacia deseada.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

30

En una forma de la invención una unidad de propulsión de agua que comprende un alojamiento de la toma, un alojamiento de la bomba, un alojamiento de la salida, un impulsor de aguas arriba y un impulsor de aguas abajo,

estando dichos impulsores de aguas arriba y de aguas abajo separados y situados dentro del alojamiento de la bomba entre el alojamiento de la toma y el 35 alojamiento de la salida, incluyendo cada impulsor una serie de palas del impulsor que se

extienden radialmente desde un buje central, siendo las palas del impulsor de aguas arriba de paso opuesto a las palas del impulsor de aguas abajo;

en la que dichos impulsores van montados sobre y, en uso, accionados por unos ejes de manera que sean coaxiales entre sí, dentro del alojamiento de la bomba;

en la que los impulsores se configuran de manera que en uso uno de los 5 impulsores transmita menos energía al agua que pasa por ese impulsor que el impulsor restante;

y el impulsor de aguas arriba en uso cree una caída de presión de aguas arriba de dicho impulsor de aguas arriba y transmita un rápido cambio de velocidad al agua a medida que pasa sobre las palas. 10

Preferentemente el impulsor de aguas abajo se adapta para quitar una cantidad considerable de energía radial en el agua a medida que pasa por el impulsor de aguas abajo,

En otra forma la invención puede decirse que comprende una unidad de 15 propulsión de la embarcación que incluye

un impulsor de aguas arriba y una impulsor de aguas abajo,

un alojamiento de la bomba,

una entrada de agua para comunicarse con el impulsor de aguas arriba y 20

una salida para comunicarse con el impulsor de aguas abajo,

estando los dichos impulsores separados y teniendo unos ejes concéntricos y estando adaptados para ser girados dentro del alojamiento de la bomba en direcciones opuestas, y 25

en la que las palas de un impulsor son de paso opuesto a las palas del segundo impulsor,

caracterizada porque uno de los impulsores se dispone para transmitir menos energía al agua que el otro impulsor.

Preferentemente la unidad se configura de manera que se controle la succión 30 generada por el impulsor de aguas abajo en la zona entre el impulsor de aguas arriba y el impulsor de aguas abajo.

Preferentemente el impulsor de aguas abajo transmite mayor energía al agua que el impulsor de aguas arriba.

Preferentemente uno de los impulsores se forma con menos palas que el otro 35 impulsor.

Preferentemente el impulsor de aguas arriba tiene menos palas que el impulsor de aguas abajo.

Preferentemente uno de los impulsores tiene unas palas de configuración cerrada y el segundo impulsor tiene unas palas de configuración abierta.

Preferentemente las palas de los impulsores de aguas arriba y de aguas abajo 5 son de configuración abierta.

Preferentemente se deja una distancia entre las puntas de las palas de uno de los impulsores y la pared interior del alojamiento de la bomba.

Preferentemente la velocidad de rotación del impulsor de aguas abajo es menor que la velocidad de rotación del impulsor de aguas arriba. 10

Preferentemente ambos impulsores van montados sobre ejes contrarrotatorios concéntricos.

Preferentemente los dos impulsores son accionados desde de un solo motor a través de un engranaje reductor para proporcionar la relación entre velocidades de rotación deseada entre los impulsores de aguas arriba y de aguas abajo. 15

Preferentemente se fija la relación entre velocidades de rotación entre los impulsores de aguas abajo y de aguas arriba.

Preferentemente puede modificarse la relación entre las velocidades de rotación entre los impulsores de aguas abajo y de aguas arriba.

Preferentemente cada impulsor es accionado por un motor distinto. 20

Preferentemente el alojamiento de la toma se abomba hacia afuera aguas arriba del impulsor de aguas arriba.

Preferentemente se proporcionan unos medios para variar el área transversal del interior del alojamiento de la bomba entre los impulsores de aguas arriba y de aguas abajo. 25

Preferentemente se proporcionan unos medios para variar el diámetro transversal de la salida.

Preferentemente puede variarse el área transversal de la salida hasta un tamaño óptimo para permitir que salga la máxima cantidad de agua de la unidad mientras se controla también la ventilación. 30

Preferentemente los impulsores de aguas arriba y de aguas abajo son ambos de configuración de flujo axial.

Preferentemente el impulsor de aguas arriba presenta una configuración de flujo mixto y el impulsor de aguas abajo presenta una configuración de flujo axial.

35

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

La FIGURA 1 es una vista cortada en alzado lateral de parte de una forma de una bomba de chorro de agua de baja presión/ masa elevada de acuerdo con esta invención.

5

La FIGURA 2 es una vista cortada en alzado lateral de otra forma de una bomba de chorro de agua de baja presión/masa elevada de acuerdo con esta invención.

La FIGURA 3 es una vista en alzado lateral de dos impulsores y sus partes asociadas de otra forma de la invención. 10

La FIGURA 4 es un alzado lateral de los ejes de accionamiento, los impulsores de aguas arriba y de aguas abajo y la estructura de soporte de otra forma de la invención.

15

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS FORMAS DE REALIZACIÓN PREFERENTES

Antes de la presente invención, la estructura de unidades de masa baja a alta presión, o una unidad de masa elevada a baja presión comprendía la utilización de dos (o 20 más) impulsores montado en ejes concéntricos y girados en direcciones opuestas. Ambos impulsores eran prácticamente de la misma estructura aparte de la necesidad de que las palas de un impulsor fuesen de un paso opuesto a las palas del otro impulsor. Ambos impulsores en las unidades de la técnica anterior se disponían para transmitir una cantidad similar de energía al agua, por lo general accionando ambos impulsores a las mismas 25 revoluciones por minuto.

La teoría de los impulsores gemelos es que el impulsor de aguas arriba transmitirá una energía radial y una axial al agua que se envía al impulsor de aguas abajo. Debido a que el impulsor de aguas abajo está rotando en la dirección opuesta, mientras que se transmite una energía axial adicional al agua, la energía radial en el agua que pasa 30 por las palas del impulsor de aguas abajo también se convierte en gran parte en energía axial.

Se ha descubierto que si ambos impulsores son de igual o similar estructura, pero con pasos opuestos y giran a velocidades iguales, esto puede crear un arrastre no deseado sobre el agua que pasa por las palas de los impulsores con unos resultados 35

inadecuados. Para posibilitar una operación eficaz es necesario equilibrar la cantidad de trabajo realizado por cada impulsor.

La mejora de la tecnología de las unidades de propulsión de agua resultante de esta invención es hacer que una de las unidades de impulsor sea menos eficaz que la otra sin impedir el flujo de agua o introducir pérdidas por fricción no deseadas. 5

Una característica preferente de la presente invención es disponer el impulsor de aguas arriba para que realice más trabajo que el impulsor de aguas abajo, como mediante la reducción de las revoluciones del impulsor de aguas abajo, entonces es posible un aumento de la eficacia. Sin embargo como se verá a partir de la siguiente descripción, también son posibles otras configuraciones. 10

En una forma de la invención, cada impulsor puede ser accionado a través de un engranaje apropiado mediante un motor distinto (no mostrado en los dibujos). En otra forma, ambos impulsores son accionados a través de un engranaje apropiado mediante el mismo motor.

En una forma preferente, el engranaje se dispone de manera que las 15 velocidades relativas de los dos impulsores se fijen de manera que el impulsor de aguas abajo rote siempre a una velocidad diferente que el impulsor de aguas arriba.

En otra forma preferente de la invención, el engranaje se dispone para ser variable de manera que pueda ajustarse la velocidad de rotación del impulsor de aguas abajo con respecto a la velocidad de rotación del impulsor de aguas arriba, bien mientras 20 la unidad está en operación, o cuando la unidad se ha detenido. Formas adecuadas de engranaje ajustable para lograr este requisito son conocidas en la técnica y no forman parte de la presente invención.

También se entenderá que mientras que en una forma altamente preferente, los impulsores van montados en unos ejes contrarrotatorios concéntricos, en una 25 modificación los ejes pueden separarse con unos cambios apropiados a la estructura para permitir que los dos impulsores se alineen axialmente.

De acuerdo con la presente invención se propone equilibrar el trabajo realizado por los dos impulsores y a tal efecto la velocidad de envío del impulsor de aguas arriba debe aumentarse, o por el contrario debe reducirse la capacidad del impulsor de 30 aguas arriba de retener la presión de manera que el impulsor de aguas abajo pueda 'succionar' más agua. Sin embargo es importante que la cantidad de succión entre los dos impulsores se gradúe cuidadosamente a fin de obtener la máxima eficacia.

También se ha descubierto inesperadamente variando la rotación o la velocidad relativa de los dos impulsores que puede asegurarse un aumento significativo 35 en la eficacia de la unidad. En concreto se descubrió que cuando se aumentaba la

velocidad de rotación del impulsor de aguas arriba y la velocidad de rotación del impulsor de aguas abajo se mantenía igual, la eficacia de la unidad aumentaba a la vez que se mantenía el flujo lineal a la salida. Por consiguiente las características de la unidad pueden cambiarse considerablemente ajustando la velocidad de rotación de los dos impulsores, particularmente de manera que la velocidad de rotación del impulsor de aguas 5 abajo sea menor que la velocidad de rotación del impulsor de aguas arriba. Este efecto observado se produce tengan o no los dos impulsores estructuras similares.

En la forma de la invención ilustrada en las Figuras 1 y 2, la unidad tiene un alojamiento de la toma 1, un alojamiento de la bomba 2 y un alojamiento de la salida 3. Los impulsores 4 y 5 están bloqueados sobre unos ejes contrarrotatorios 6 y 6a soportados 10 por un soporte del eje 7. Los ejes 6 y 6a son accionados desde una caja de engranajes 8. El alojamiento de la bomba también puede incluir una junta transom adecuada una forma de la cual se ilustra en 9. Los impulsores 4 y 5 están acoplados a los ejes mediante unas chavetas adecuadas (no mostradas en los dibujos) como se conocerá en la técnica.

El eje 6a también se soporta en la parte posterior de la unidad dentro del 15 alojamiento de la toma 3 mediante la estructura 10 que puede situarse mediante unos álabes hidrodinámicos delgados 11. Estos álabes deberían ser pocos en número y aerodinámicos, de manera que no induzcan innecesariamente arrastre o fricción en el alojamiento de la toma 3 que en esta forma de realización se representa tubular, y paralelo. 20

Los ejes 6 y 6a se soportan mediante unos elementos de soporte (no mostrados en los dibujos) y están protegidos por unas juntas (no mostradas en los dibujos) de una manera que se pondrá de manifiesto para los expertos en la materia.

Como se ilustra en la Figura 1 las palas del impulsor de aguas arriba 4 son de la misma estructura y número que las palas del impulsor de aguas abajo 5 excepto porque 25 son de paso opuesto.

La contrarrotación del impulsor de aguas abajo 5 elimina la energía rotacional transmitida al agua por el impulsor de aguas arriba 4, resultando en un flujo lineal en la salida de escape 3. Esto elimina la necesidad de álabes supresores de turbulencias (estatores) que se encuentran comúnmente en otras unidades de propulsión a chorro. 30

A medida que el agua pasa a través de la toma en la dirección de la flecha 12, pasa por el impulsor de aguas arriba 4, donde se hace girar y se conduce hacia el exterior hacia las paredes interiores del alojamiento de la bomba. A medida que el agua avanza a la parte posterior del impulsor de aguas arriba 4 será anular en apariencia y en espiral hacia atrás a lo largo de las paredes del alojamiento de la bomba hacia el impulsor de 35 aguas abajo. El impulsor de aguas abajo tenderá a eliminar las turbulencias en el agua

eliminando la energía radial y en el momento en que el agua sale de la parte posterior del impulsor de aguas abajo 5, es básicamente de flujo axial y de forma anular.

Como se muestra en esta forma de realización, la bomba también puede incluir un dispositivo de ventilación 13. En una forma preferente la salida 3 es de dimensiones internas constantes y un tapón cónico liso 18 se sitúa en la salida. El 5 diámetro del tapón aumenta hacia la salida 3. El área transversal deseada de la salida 3 variará de acuerdo con las velocidades de rotación del agua sobre los impulsores, y caerá preferentemente entre aproximadamente 0,55 y 0 como una relación entre área de las palas del impulsor de aguas arriba y la salida. En caso necesario, el diámetro del tapón 18 puede ajustarse para dar el empuje máximo a la velocidad del agua de salida deseada. El 10 área transversal del interior de la salida 3 formada por la combinación de la pared interior de la salida 3 y el tapón 18 es tal que evitará o prácticamente evitará que el aire vuelva a ingresar a la bomba y provoque así la ventilación. Además el área transversal de la salida 3 será tal que la presión de retroceso se mantendrá contra el impulsor de aguas abajo tan baja como sea posible a la vez que presenta la mínima impedancia al agua a medida que 15 sale de la salida.

Tal como se ilustra en la Figura 2, el impulsor de aguas arriba 4 tiene el mismo número de palas que el impulsor de aguas abajo, pero las palas del impulsor de aguas arriba son de menor diámetro que las palas del impulsor de aguas abajo 5 así que dejan una distancia significativa entre las puntas de las palas y la pared interior del 20 alojamiento de la bomba. Esta configuración ayudará a permitir reducir la succión del impulsor de aguas abajo.

Como se ilustra en la Figura 3 donde partes iguales tienen los mismos números de referencia, el impulsor de aguas arriba 4 es del mismo diámetro y estructura, pero de paso opuesto, que el impulsor de aguas abajo 2b pero en la forma ilustrada, el 25 impulsor tiene dos palas sólo en contraposición al impulsor de aguas abajo 5 que tiene cinco palas.

En todavía otra estructura ilustrada en la Figura 4, el impulsor de aguas abajo 5 se proporciona con unas palas abiertas mientras el impulsor de aguas arriba 4 se proporciona con unas palas cerradas de manera que el impulsor de aguas abajo actúe más 30 como una hélice. Debe entenderse que también se contempla que el impulsor de aguas abajo pueda formarse con menos palas que el impulsor de aguas arriba o que tenga un diseño abierto.

En otra forma la caja de engranajes 8 se dispone de manera que la velocidad de rotación de un impulsor sea diferente a la velocidad de rotación del otro impulsor de 35 manera que se proporcionen unos medios de ajustar la cantidad relativa de trabajo

realizado por cada impulsor. En todavía otra forma, no mostrada en los dibujos, la potencia de rotación para cada impulsor se proporciona mediante un motor distinto para así permitir que la velocidad relativa de los dos impulsores se ajuste fácilmente para adecuarse a los requisitos y las circunstancias concretas.

La contrarrotación de los impulsores también puede lograrse accionando los 5 impulsores a través de una caja de engranajes colocada detrás del impulsor de aguas abajo, entre los dos impulsores, en la sección de toma, o cualquier combinación entre estas posiciones.

También se pueden emplear métodos para mantener las partículas o el crecimiento marino lejos de las piezas móviles. Estos pueden incluir cubiertas flexibles, o 10 compartimentos sellados como se conocerá en la técnica y no se muestran en los dibujos y no forman parte de esta invención.

La unidad también puede incorporar unos álabes de dirección adecuados o similares situados de manera que el agua que sale de la salida fluya a través de los álabes que pueden tener su ángulo de ataque modificado para así proporcionar dirección. Los 15 medios también pueden incorporarse para permitir que el flujo del agua que sale de la salida se invierta, permitiendo así que el barco de la vuelta.

En todavía otra forma, puede cambiarse la forma aerodinámica de las palas de un impulsor para modificar la eficacia del impulsor.

El objetivo principal del impulsor de aguas arriba de acuerdo con esta 20 invención es inducir un remolino en el agua, y cambiar la velocidad del agua, a medida que pasa el impulsor y minimizar el arrastre asociado con el impulsor de aguas arriba. Estas modificaciones, tales como el diámetro reducido y los cambios en la forma aerodinámica de las palas del impulsor, u otros cambios como se han analizado en la presente memoria, reducen la eficacia del impulsor permitiendo que pase más agua sin 25 crear un arrastre indebidamente. Se considera que sin estas modificaciones, el impulsor de aguas arriba actúa como una forma de presa con resultados nocivos en el rendimiento de la unidad

Un método para proporcionar un ajuste independiente de las velocidades de rotación relativas de los impulsores es utilizar un motor distinto para accionar cada 30 impulsor. Se ha descubierto en determinadas circunstancias que a velocidades de barco altas, necesita ser transmitida una velocidad de rotación muy pequeña al impulsor de aguas abajo, mientras que a velocidades de barco más bajas, puede resultar ventajoso transmitir más velocidad de rotación al impulsor de aguas abajo. Las velocidades relativas de los dos impulsores también pueden fijarse como cuando ambos impulsores son 35 accionados por el mismo motor y en tal caso la diferencia de las velocidades de rotación

puede obtenerse mediante un engranaje adecuado. Tal engranaje puede ser una relación fija o puede hacerse variable por métodos conocidos en la técnica.

Debe entenderse que la base de la invención reside en la capacidad para controlar la succión que pueda producirse en la zona 20 que puede existir entre los impulsores 4 y 5. 5

Otra ventaja significativa proporcionada por la presente invención radica en el hecho de que debido a que la unidad opera básicamente como una unidad de masa elevada a baja presión, el agua que sale de la salida de la unidad a chorro estará desplazándose a una velocidad no mucho mayor que la velocidad del barco. Esto reducirá significativamente el riesgo de erosión resultante del penacho de agua a alta velocidad 10 generada por los dispositivos de masa baja a alta presión. Además, debido a que el agua sale de la salida a una presión comparativamente baja, se mejora la maniobrabilidad a baja velocidad de la unidad. Además puesto que un impulsor no está trabajando contra el otro (están en equilibrio) se logra un ahorro de combustible y un empuje mayor.

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Claims (22)

1. REIVINDICACIONES

   1. Una unidad de propulsión de agua de masa elevada a baja presión que incluye

   5

   un impulsor de aguas arriba (4) y un impulsor de aguas abajo (5),

   un alojamiento de la bomba (2),

   una entrada de agua (1) para comunicarse con el impulsor de aguas arriba (4) y

   una salida (3) para comunicarse con el impulsor de aguas abajo (5),

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   estando montados los dichos impulsores (4, 5) en y, en uso, accionados por unos ejes (6, 6a) de manera que sean coaxiales unos con otros, dentro del alojamiento de la bomba (2); dichos impulsores (4, 5) están separados y se adaptan para ser girados dentro del alojamiento de la bomba (2) en direcciones opuestas, y en la que cada impulsor (4, 5) incluye una serie de palas del impulsor que se extienden radialmente desde un buje 15 central, y las palas del impulsor de aguas arriba (4) son de paso opuesto a las palas del impulsor de aguas abajo (5),

   caracterizada porque, uno de los impulsores (4, 5) se dispone para transmitir menos energía al agua que el otro impulsor (4,5); y 20

   en la que el área transversal de la salida (3) es tal que en uso presenta una impedancia mínima al flujo de agua a través de la misma,

   dicha unidad de propulsión de agua no incluye entradas de aire entre los 25 impulsores (4, 5).
2. 2. La unidad de propulsión de agua de la reivindicación 1, en la que el impulsor de aguas abajo (5) se adapta para eliminar una cantidad considerable de energía radial en el agua a medida que pasa por el impulsor de aguas abajo (5). 30
3. 3. La unidad de propulsión de agua de la reivindicación 1 en la que se utiliza como una unidad de propulsión de embarcación.
4. 4. La unidad de propulsión de agua de la reivindicación 1, en la que la unidad 35 se configura de manera que se controle la succión generada por el impulsor de aguas

   abajo (5) en la zona (20) entre el impulsor de aguas arriba (4) y el impulsor de aguas abajo (5).
5. 5. La unidad de propulsión de agua de la reivindicación 1, en la que el impulsor de aguas arriba (4) transmite una mayor energía al agua que el impulsor de 5 aguas abajo (5).
6. 6. La unidad de propulsión de agua de la reivindicación 1, en la que uno de los impulsores (4, 5) se forma con menos palas que el otro impulsor (4, 5).

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7. 7. La unidad de propulsión de agua de la reivindicación 6, en la que el impulsor de aguas arriba (4) tiene menos palas que el impulsor de aguas abajo (5).
8. 8. La unidad de propulsión de agua de la reivindicación 1, en la que uno de los impulsores (4, 5) tiene palas de una configuración cerrada y el segundo impulsor (4, 5) 15 tiene palas de una configuración abierta.
9. 9. La unidad de propulsión de agua de la reivindicación 1, en la que las palas de los impulsores de aguas arriba (4) y de aguas abajo (5) son de configuración abierta.

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10. 10. La unidad de propulsión de agua de la reivindicación 1, en la que se deja una distancia entre las puntas de las palas de uno de los impulsores (4, 5) y la pared interior del alojamiento de la bomba (2).
11. 11. La unidad de propulsión de agua de la reivindicación 1, en la que la 25 velocidad de rotación del impulsor de aguas abajo (5) es menor que la velocidad de rotación del impulsor de aguas arriba (4).
12. 12. La unidad de propulsión de agua de la reivindicación 1, en la que ambos impulsores (4, 5) van montados en unos ejes contrarrotatorios concéntricos (6, 6a). 30
13. 13. La unidad de propulsión de agua de la reivindicación 1, en la que los dos impulsores (4, 5) se accionan desde un único motor a través de un engranaje reductor para proporcionar la relación entre velocidades de rotación deseada entre los impulsores de aguas arriba (4) y de aguas abajo (5). 35
14. 14. La unidad de propulsión de agua de la reivindicación 1, en la que se fija la relación entre las velocidades de rotación entre los impulsores de aguas abajo (5) y de aguas arriba (4).
15. 15. La unidad de propulsión de agua de la reivindicación 13, en la que puede 5 modificarse la relación entre las velocidades de rotación entre los impulsores de aguas abajo (5) y de aguas arriba (4).
16. 16. La unidad de propulsión de agua de la reivindicación 1, en la que cada impulsor (4, 5) es accionado por un motor distinto. 10
17. 17. La unidad de propulsión de agua de la reivindicación 1, en la que el alojamiento de la toma (1) se abomba hacia afuera aguas arriba del impulsor de aguas arriba (4).

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18. 18. La unidad de propulsión de agua de la reivindicación 1, en la que se proporcionan unos medios para variar el área transversal del interior del alojamiento de la bomba (2) entre los impulsores de aguas arriba (4) y de aguas abajo (5).
19. 19. La unidad de propulsión de agua de la reivindicación 1, en la que se 20 proporcionan unos medios para variar el diámetro transversal de la salida (3).
20. 20. La unidad de propulsión de agua de la reivindicación 18, en la que puede variarse el área transversal de la salida (3) hasta un tamaño óptimo para permitir que salga la máxima cantidad de agua de la unidad mientras se controla también la ventilación. 25
21. 21. La unidad de propulsión de agua de la reivindicación 1, en la que los impulsores de aguas arriba (4) y de aguas abajo (5) presentan ambos una configuración de flujo axial.

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22. 22. La unidad de propulsión de agua de la reivindicación 1, en la que el impulsor de aguas arriba (4) presenta una configuración de flujo mixto y el impulsor de aguas abajo (5) presenta una configuración de flujo axial.