ES2561041T3 - Instalación de accionamiento de hélice azimutal con altura de montaje reducida para una instalación flotante - Google Patents

Instalación de accionamiento de hélice azimutal con altura de montaje reducida para una instalación flotante Download PDF

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Abstract

Instalación de accionamiento de hélice azimutal (1) con una altura de montaje reducida para una instalación flotante, como p.ej. un barco o una plataforma alejada de la costa (del inglés offshore) con - una carcasa (5) a disponer por debajo de una estructura de la instalación flotante en el agua, en la que está montado giratoriamente al menos un árbol de hélice (7), al que está acoplada al menos una hélice (11), - al menos un motor eléctrico (20) con un estator (23) y un rotor (22) para accionar la al menos una hélice (11), - un vástago hueco (2), que sujeta la carcasa (5) de forma solidaria en rotación, - en donde el motor eléctrico (20) está dispuesto por fuera de la carcasa (5) y acciona con su rotor (22) un árbol de impulsión (21), que está acoplado a al menos un árbol de hélice (7) y que discurre al menos parcialmente a través del vástago hueco (2), en donde el motor eléctrico (20) está conformado como un motor eléctrico anular, que está dispuesto anularmente alrededor del árbol de impulsión (21), en donde el rotor (22) del motor eléctrico (20) está unido, a través de un soporte de rotor (25), al árbol de impulsión (21), caracterizada porque el soporte de rotor (25) comprende un buje (40), una corona soporte circular (41) y un elemento de unión (42) para unir el buje (40) a la corona soporte (41), en donde el buje (40) está unido de forma solidaria en rotación al árbol de impulsión (21) y la corona soporte (42) soporta el rotor (22), y el elemento de unión (42) está configurado como una rueda de disco o una rueda de radios a la que se han proporcionado unos orificios o una rendijas, y caracterizada por un motor eléctrico (30) para hacer girar el vástago (2) alrededor de un eje de giro (3), en donde el motor eléctrico (30) también está conformado como un motor eléctrico anular y está dispuesto anularmente alrededor del eje de giro (3) del vástago (2), y en donde el rotor (32) del motor eléctrico (30) está unido de forma solidaria en rotación al vástago (2) y el estator (33) del motor eléctrico (30) está unido de forma solidaria en rotación a la estructura de la instalación flotante.

Description

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DESCRIPCION
Instalacion de accionamiento de helice azimutal con altura de montaje reducida para una instalacion flotante
La presente invencion hace referencia a una instalacion de accionamiento de helice azimutal con una altura de montaje reducida para una instalacion flotante, como p.ej. un barco o una plataforma alejada de la costa (del ingles offshore) con
- una carcasa a disponer por debajo de una estructura de la instalacion flotante en el agua, en la que esta montado giratoriamente al menos un arbol de helice, al que esta acoplada al menos una helice,
- al menos un motor electrico con un estator y un rotor para accionar la al menos una helice,
- un vastago hueco, que sujeta la carcasa de forma solidaria en rotacion,
- en donde el motor electrico esta dispuesto por fuera de la carcasa y acciona con su rotor un arbol de impulsion, que esta acoplado a al menos un arbol de helice y que discurre al menos parcialmente a traves del vastago hueco.
Las instalaciones de accionamiento de helice de este tipo se utilizan cada vez con mas frecuencia y con unas potencias mayores en particular en forma de instalaciones de propulsion azimutales para barcos, es decir, el accionamiento se usa tanto para la propulsion como para el pilotaje del barco, ya que ampllan notablemente el campo de aplicacion de muchos tipos de barcos y, de este modo, ponen a disposicion un barco para un abanico de aplicaciones mas amplio.
Ejemplos de tales instalaciones de propulsion azimutales son helices de timon, accionamientos POD y propulsores (del ingles thruster). A este respecto el vastago y la carcasa de helice fijada al mismo puede girar en forma de una gondola, mediante un accionamiento de ajuste, con relacion a un eje de giro fundamentalmente vertical con respecto a la estructura del barco. El al menos un arbol de helice esta montado fundamentalmente en horizontal en esta carcasa en forma de gondola. El motor electrico para accionar el arbol de impulsion esta fijado a este respecto, en el extremo superior del vastago, normalmente al vastago o a una estructura soporte fijada de forma solidaria en rotacion al barco, y presenta un estator y un rotor, en donde el rotor esta unido al arbol de impulsion que discurre al menos parcialmente a traves del vastago hueco. La transmision del par de giro del motor electrico desde el arbol de impulsion al arbol de helice puede realizarse entonces por ejemplo a traves de un engranaje conico, que esta dispuesto en la carcasa en forma de gondola.
Debido a que en los motores de este tipo la longitud del motor en direccion axial, es decir en la direction del eje de giro del rotor, es relativamente grande, el motor se extiende con una longitud relativamente grande por encima del vastago hasta dentro de la instalacion flotante. La instalacion de accionamiento de helice presenta de este modo una considerable altura de montaje, con lo que se producen limitaciones en cuanto a posicionamiento de la instalacion de accionamiento de helice en la instalacion flotante as! como del espacio disponible en la instalacion flotante.
Del documento EP 1 687 201 B1 se conoce una propulsion por chorro para vehlculos acuaticos, que se basa en el concepto de accionamiento de un motor electrico anular. En un motor electrico anular de este tipo se trata de una maquina electrica con un rotor conformado anularmente y un estator, que esta dispuesto anularmente alrededor del rotor, de tal manera que forma con el rotor una maquina electrica. En el lado interior anular del rotor estan dispuestas unas paletas. La propulsion por chorro no presenta ningun arbol de rotor central, es decir, carece de una pieza constructiva que discurre a lo largo del eje de giro del rotor a traves del mismo.
El documento JP 2000142576 A, que se considera el estado de la tecnica mas proximo, revela un accionamiento para una helice de un barco, en el que la helice es accionada mediante un motor electrico dispuesto encima de la misma con un arbol de motor que discurre verticalmente.
Partiendo de esto el objeto de la presente invencion consiste en perfeccionar una instalacion de accionamiento de helice conforme al preambulo de la revindication 1, de tal manera que presente una menor altura de montaje en la instalacion flotante.
La solution de este objeto se logra mediante una instalacion de accionamiento de helice con las caracterlsticas de la reivindicacion 1.
Unas conformaciones ventajosas son respectivamente objeto de las reivindicaciones dependientes.
El motor electrico esta conformado conforme a la invencion como un motor electrico anular, que esta dispuesto anularmente alrededor del arbol de impulsion, en donde el rotor del motor anular esta unido de forma solidaria en rotacion, a traves de un soporte de rotor, al arbol de impulsion.
Por motor anular se entiende a este respecto un motor que, con relacion al eje de giro del rotor en direccion radial, 5 presenta una extension claramente mayor que en direccion axial. El rotor esta conformado a este respecto anularmente y el estator esta dispuesto anularmente alrededor del rotor.
Por disposicion anular del rotor alrededor del arbol de impulsion se entiende a este respecto que el arbol de impulsion discurre a lo largo del eje de giro del rotor y, de forma preferida, incluso a traves del rotor, es decir, que discurre a traves de la superficie abarcada por el rotor.
10 A causa de la extension relativamente reducida del motor electrico anular en direccion axial, la altura de montaje del motor en la instalacion flotante es muy pequena. El mayor espacio de montaje en direccion radial, que en contrapartida se necesita a causa de la mayor extension radial, existe por el contrario casi siempre en muchas instalaciones flotantes y se considera menos esencial. El motor anular esta adaptado de forma preferida en cuanto a su diametro exterior al diametro exterior de una estructura soporte de la instalacion flotante para la instalacion de 15 accionamiento de helice azimutal. El diametro exterior del motor anular es con ello de forma preferida menor o igual el diametro exterior de la estructura soporte. El motor anular puede aplicarse a este respecto por encima o por dentro de la estructura soporte (tambien llamado “cono soporte”).
Conforme a una configuracion constructiva particularmente sencilla de la invencion, el soporte de rotor comprende un buje, una corona soporte circular y un elemento de union para unir el buje a la corona soporte, en donde el buje 20 esta unido de forma solidaria en rotacion al arbol de impulsion y la corona soporte soporta el rotor.
A este respecto es posible una buena transmision del par de giro, al mismo tiempo que una reducida necesidad de espacio y peso, por medio de que el elemento de union este configurado como una rueda de disco. Para reducir todavla mas el peso pueden proporcionarse a la rueda de disco unos orificios o unas rendijas. Alternativamente el elemento de union puede estar tambien configurado como una rueda de radios.
25 El soporte de rotor puede contener tambien un engranaje, p.ej. un engranaje planetario. De este modo pude reducirse el tamano constructivo del motor.
A este respecto el arbol de impulsion esta montado de forma preferida giratoriamente en el vastago. Ademas de esto, el rotor puede estar tambien montado giratoriamente en el vastago. En el caso de un pivotamiento adecuado del rotor en el vastago puede prescindirse, dado el caso, de un pivotamiento (adicional) del arbol de impulsion en el 30 vastago.
Para hacer posible una capacidad de giro de la instalacion de accionamiento de helice alrededor de un eje vertical, con relacion a la instalacion flotante, el vastago hueco puede ser giratorio a traves de al menos un motor electrico o hidraulico (designado a parti r de ahora como “motor giratorio”) alrededor de un eje de giro.
De acuerdo a una conformacion especialmente ventajosa, el motor giratorio conformado como motor electrico esta 35 conformado como un motor electrico anular, que esta dispuesto anularmente alrededor del eje de giro del vastago, en donde el rotor del motor electrico esta unido al vastago y el estator del motor electrico esta unido a la estructura de la instalacion flotante. A este respecto es posible una potencia especialmente grande del motor electrico anular utilizado para el accionamiento del arbol de impulsion o el accionamiento de ajuste, en el caso de una necesidad de espacio pequena, de tal modo que el motor electrico conformado como motor anular este conformado como una 40 maquina slncrona con excitacion permanente.
Mediante la disposicion de un engranaje entre el motor y el arbol de impulsion, respectivamente entre el motor giratorio y el vastago y/o el motor giratorio y la instalacion flotante, puede conseguirse respectivamente un par de giro aumentado adicionalmente con la misma altura constructiva.
El acoplamiento del arbol de impulsion al arbol de helice se realiza ventajosamente a traves de un reductor de grupo 45 conico, ya que los reductores de grupo conico de este tipo destacan por una buena transmision de par de giro y una elevada fiabilidad.
Conforme a una conformacion de la invencion, hidrodinamica particularmente ventajosa tambien para grandes clases de potencia de una instalacion de accionamiento de helice conforme a la invencion, la carcasa esta cerrada, en particular moldeada a modo de gondola, y conforma en su interior una cavidad en la que despues puede alojarse 50 por ejemplo el reductor de grupo conico.
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A continuacion se explican con mas detalle, en base a un ejemplo de realizacion en la figura, la invention as! como otras conformaciones ventajosas de la invencion conforme a las caracterlsticas de las reivindicaciones dependientes.
La figura muestra en una exposition esquematica un corte longitudinal de una instalacion de accionamiento de helice azimutal 1 conforme a la invencion para una instalacion flotante, como p.ej. un barco o una plataforma alejada de la costa. La instalacion de accionamiento de helice 1 comprende un vastago hueco 2, que es sujetado por medio de un cojinete 13 por sus extremos inferior y superior, de forma giratoria alrededor de un eje fundamentalmente vertical, mediante una estructura de sujecion 4 de la instalacion flotante. Unas juntas 14 obturan una camara intermedia 15 entre el vastago 2 y la estructura de sujecion 4 contra una entrada de agua.
Una carcasa 5 que favorece el flujo, moldeada a modo de gondola y que conforma en su interior una cavidad 6, esta sujetada de forma solidaria en rotation en el extremo inferior del vastago 2. En la carcasa 5 esta montado un arbol de helice 7 que discurre fundamentalmente en horizontal, de forma que puede girar mediante unos cojinetes 8 alrededor de un eje 9. El eje de giro 3 del vastago 2 y el eje de giro 9 del arbol de helice 7 estan situados de este modo uno sobre el otro fundamentalmente en vertical.
El arbol de helice 7 es guiado por un extremo 10 hasta fuera de la carcasa 5 y presenta, en este extremo 10, una helice 11 fijada al mismo. Un motor electrico 20 acciona el arbol de helice 7, a traves de un arbol de impulsion 21 y un reductor de grupo conico 28, dispuesto en la carcasa 5 y compuesto por un engranaje conico 29a y una corona dentada 29b. El motor electrico 20 esta dispuesto, por fuera del vastago 2 y de la carcasa 5, en el interior de la instalacion flotante. En la instalacion flotante se encuentra un generador no representado con mas detalle u otra fuente de corriente, que alimenta con la corriente necesaria el motor electrico, dado el caso a traves de un convertidor.
La instalacion de accionamiento de helice mostrada representa una instalacion propulsora azimutal, que puede girar alrededor de un eje vertical 3, en forma de una helice de timon. A este respecto es posible que el arbol de helice 7 tambien por su segundo extremo o un arbol de helice adicional, que este acoplado a traves de un engranaje adecuado al arbol de helice 7 o al arbol de impulsion 21, sea guiado hasta fuera de la carcasa 5 y all! presente tambien una helice fijada a la misma. Las dos helices pueden girar despues en el mismo sentido o tambien en sentidos contrarios (es decir, contra-rotar).
El motor electrico 20 esta conformado como motor electrico anular y presenta un rotor 22 conformado anularmente y un estator 22 conformado anularmente, que abraza el rotor 22 anularmente formando un entrehierro. El rotor 22 y el arbol de impulsion 21 estan montados de forma que pueden girar alrededor del mismo eje 3 que el vastago 2. El rotor 22 esta dispuesto con ello anularmente alrededor del arbol de impulsion 21, es decir, que el arbol de impulsion 21 discurre a lo largo del eje de giro 3 del rotor 22 y con ello incluso a traves del rotor 22, es decir, a traves de la superficie abarcada por el rotor 22.
El motor electrico 20 conformado como motor anular presenta, con relation al eje de giro 3 del rotor 22 en direction radial, un diametro A que es claramente mayor que la longitud B del motor en su direccion longitudinal axial.
El estator anular 23 del motor 20 esta fijado de forma solidaria en rotacion al vastago 2, aqul una estructura soporte 24 (designada tambien con frecuencia como “cono soporte”) en el extremo superior del vastago 2.
La relacion A/B depende fundamentalmente del diametro de la estructura soporte 24, del par a aplicar a la helice 11 y de la multiplication de un engranaje dispuesto dado el caso entre el motor 20 y el arbol de impulsion 21, as! como de la del engranaje conico. Mediante una selection adecuada de un motor anular puede insertarse dado el caso un engranaje dentro de la extension vertical del motor 20, lo que hace posible una adaptation optima del motor 20 al par de giro de accionamiento necesario mediante la helice.
El motor anular 20 esta adaptado en cuanto a su diametro exterior al diametro exterior de la estructura soporte 24 de la instalacion flotante y presenta un diametro exterior, que es aproximadamente igual al diametro exterior de la estructura soporte 24.
El rotor anular 22 esta unido de forma solidaria en rotacion, a traves de un soporte de rotor 25 fijado a su lado interior anular, al arbol de impulsion 21. El soporte de rotor 25 soporta de este modo el rotor 22 en su lado exterior. El soporte de rotor 25 comprende un buje 40, una corona soporte circular 41 y un elemento de union 42 para unir el buje 40 a la corona soporte 41. El buje 40 esta unido a este respecto de forma solidaria en rotacion al arbol de impulsion 21 y la corona soporte 41 soporta el rotor 22 en su lado exterior. El elemento de union 42 puede estar conformado por ejemplo como una rueda de disco, a la que se ha proporcionado para ahorrar peso de forma preferida unos orificios o rendijas. Alternativamente el soporte de rotor puede contener tambien un engranaje, p.ej. un engranaje planetario.
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Varios cojinetes 26 se usan para el pivotamiento giratorio y la fijacion horizontal y vertical del arbol de impulsion 21, del soporte de rotor 25 y del rotor 22 con relacion al estator 23 y al vastago 2.
El giro de la instalacion de accionamiento de helice alrededor del eje vertical 3 se realiza con ayuda de un motor electrico 30, que tambien esta conformado como un motor electrico anular. El motor 30 presenta un rotor 32 conformado anularmente y un estator 32 conformado anularmente, que abraza el rotor 32 anularmente formando un entrehierreo. El rotor 32 esta montado de forma que puede girar alrededor del mismo eje 3 que el vastago 2, el arbol de impulsion 21 y el rotor 22 del motor electrico 20.
El motor electrico 30 conformado como motor anular presenta, con relacion al eje de giro 3 del rotor 32 en direccion radial, un diametro C que es claramente mayor que la longitud D del motor en direccion longitudinal axial.
El estator anular 33 del motor 30 esta unido de forma solidaria en rotacion a una parte estacionaria de la instalacion de accionamiento de helice 1 o de la instalacion flotante, p.ej. de la estructura soporte 4, y el rotor anular 32 del motor 30 esta unido de forma solidaria en rotacion, mediante un soporte de rotor 25 fijado a su lado interior anular y que soporta el rotor 32, al vastago 2, aqul una brida 34 en el extremo superior del vastago 2. La union entre el motor 30 y el vastago 2, respectivamente entre el motor 30 y la instalacion flotante, puede realizarse tambien a traves de un engranaje apropiado. De este modo es posible una adaptacion optima del motor 30 a la velocidad de giro necesaria as! como a los pares necesarios para hacer girar la instalacion de accionamiento de helice.
Mediante la extension relativamente reducida respectivamente en direccion axial, tanto del motor 20 para accionar la helice 11 como del motor 30 para hacer girar el vastago 2, la altura de montaje de toda la instalacion de accionamiento de helice en la instalacion flotante es muy pequena. El mayor espacio de montaje de los motores 20, 30 que en contrapartida se necesita a causa de la mayor extension radial, no es esencial, ya que se basa en la extension fundamentalmente horizontal de las instalaciones.
Los motor electricos 20, 30 estan conformados de forma preferida como maquinas slncronas con excitacion permanente.
A causa de la reducida altura de montaje, la instalacion de accionamiento de helice 1 puede tambien estar dispuesta en una instalacion flotante, de tal modo que puede introducirse y extraerse. En la instalacion flotante puede estar conformada para ello una arqueta, en la que se aloja la instalacion de accionamiento de helice 1 en el estado de introduccion.
Si se utiliza un motor electrico anular como motor de accionamiento para una instalacion de propulsion azimutal de una instalacion flotante, en particular en union a otro motor electrico anular como accionamiento giratorio para el giro azimutal de la instalacion de propulsion, puede conseguirse de este modo una altura de montaje especialmente reducida de la instalacion de propulsion azimutal en la instalacion flotante. En una medida particular esto es tambien valido para la utilizacion de un motor anular como accionamiento de ajuste electrico para el giro azimutal de instalaciones POD.

Claims (7)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    REIVINDICACIONES
    1. Instalacion de accionamiento de helice azimutal (1) con una altura de montaje reducida para una instalacion flotante, como p.ej. un barco o una plataforma alejada de la costa (del ingles offshore) con
    - una carcasa (5) a disponer por debajo de una estructura de la instalacion flotante en el agua, en la que esta montado giratoriamente al menos un arbol de helice (7), al que esta acoplada al menos una helice (11),
    - al menos un motor electrico (20) con un estator (23) y un rotor (22) para accionar la al menos una helice (11),
    - un vastago hueco (2), que sujeta la carcasa (5) de forma solidaria en rotacion,
    - en donde el motor electrico (20) esta dispuesto por fuera de la carcasa (5) y acciona con su rotor (22) un arbol de impulsion (21), que esta acoplado a al menos un arbol de helice (7) y que discurre al menos parcialmente a traves del vastago hueco (2), en donde
    el motor electrico (20) esta conformado como un motor electrico anular, que esta dispuesto anularmente alrededor del arbol de impulsion (21), en donde el rotor (22) del motor electrico (20) esta unido, a traves de un soporte de rotor (25), al arbol de impulsion (21), caracterizada porque el soporte de rotor (25) comprende un buje (40), una corona soporte circular (41) y un elemento de union (42) para unir el buje (40) a la corona soporte (41), en donde el buje (40) esta unido de forma solidaria en rotacion al arbol de impulsion (21) y la corona soporte (42) soporta el rotor (22), y el elemento de union (42) esta configurado como una rueda de disco o una rueda de radios a la que se han proporcionado unos orificios o una rendijas,
    y caracterizada por un motor electrico (30) para hacer girar el vastago (2) alrededor de un eje de giro (3), en donde el motor electrico (30) tambien esta conformado como un motor electrico anular y esta dispuesto anularmente alrededor del eje de giro (3) del vastago (2), y en donde el rotor (32) del motor electrico (30) esta unido de forma solidaria en rotacion al vastago (2) y el estator (33) del motor electrico (30) esta unido de forma solidaria en rotacion a la estructura de la instalacion flotante.
  2. 2. Instalacion de accionamiento de helice (1) segun la reivindicacion 1, caracterizada porque el soporte de rotor (25) contiene un engranaje, p.ej. un engranaje planetario.
  3. 3. Instalacion de accionamiento de helice (1) segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el arbol de impulsion (21) esta montado de forma giratoria en el vastago hueco (2).
  4. 4. Instalacion de accionamiento de helice (1) segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el rotor (22) esta montado de forma giratoria en el vastago o en el estator (23).
  5. 5. Instalacion de accionamiento de helice (1) segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el motor electrico (20 o 30) conformado como motor anular esta conformado como una maquina slncrona con excitacion permanente.
  6. 6. Instalacion de accionamiento de helice (1) segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el arbol de impulsion (21) esta acoplado a traves de un reductor de grupo conico (28) a al menos un arbol de helice (7).
  7. 7. Instalacion de accionamiento de helice (1) segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la carcasa (5) esta cerrada, moldeada en particular a modo de gondola, y conforma en su interior una cavidad (6).
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