ES2588232T3 - Medio de ajuste de paso de hélice marina - Google Patents

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ES2588232T3 ES08700449.5T ES08700449T ES2588232T3 ES 2588232 T3 ES2588232 T3 ES 2588232T3 ES 08700449 T ES08700449 T ES 08700449T ES 2588232 T3 ES2588232 T3 ES 2588232T3
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Abstract

Una pala (12) para una hélice marina (10), incluyendo la pala - una porción de montaje (32) en una cara de presión (20, 22) de la pala dispuesta para recibir un medio de ajuste (40), por lo que el enganche de un medio de ajuste con la porción de montaje (32) altera las propiedades hidrodinámicas de la pala, y - un medio de ajuste (40), donde la porción de montaje está dispuesta para recibir al menos uno de una selección de medios de ajuste (40) de alturas variables, incluyendo cada uno de la selección de medios de ajuste (40) una tira (40) recibida por la porción de montaje (32), extendiéndose la tira seleccionada (40) a lo largo de al menos una porción de la cara de presión (20, 22) de la pala (12), teniendo la tira seleccionada (40) una porción sobresaliente (44) de altura seleccionada (HT) que se extiende, en el uso, desde la cara de presión (20, 22) de la pala (12) y que altera selectivamente las propiedades hidrodinámicas de la pala (12), caracterizada porque la tira seleccionada está montada espaciada del borde de salida de la pala.

Description

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DESCRIPCION
Medio de ajuste de paso de helice marina Campo de la invencion
La presente invencion se refiere a un medio para ajustar las propiedades hidrodinamicas, tal como el paso, de una helice marina.
Antecedentes de la invencion
Los sistemas de propulsion para barcos se calibran tfpicamente para operar dentro de parametros estrictos con el fin de lograr una operacion eficiente. En concreto, las propiedades hidrodinamicas de una helice marina estan estrictamente adaptadas por lo general a la velocidad y la potencia de un motor asociado; el peso, la distribucion del peso y la resistencia del casco del barco; y el entorno, tal como la temperatura del agua, dentro de la que opera el barco.
Muchos motores para uso dentro de barcos son controlados electronicamente para ajustar su potencia de salida dependiendo de las temperaturas del aire ambiente y del agua dentro de la que tiene que operar el barco. Esto puede hacer diffcil la eleccion de una helice, puesto que es importante que la helice este disenada de tal manera que se alcance una velocidad de revolucion minima cuando el estrangulador de motor este completamente abierto, con el fin de evitar la sobrecarga del motor.
Exacerba mas las complejidades del diseno de la helice la perspectiva de que la velocidad de rotacion de la helice variara dependiendo de la magnitud de la cavitacion lamina. La cantidad de cavitacion vana considerablemente segun la velocidad del barco, la densidad y temperatura del agua dentro de la que opera la helice, asf como las propiedades hidrodinamicas del casco y la lmea de eje. La cavitacion puede dar lugar a excesiva vibracion, desgaste y perdida de eficiencia de una helice.
Aunque son complejas, las propiedades hidrodinamicas de las helices se entiende suficientemente bien que es posible disenar una helice adaptandola a las caractensticas conocidas de un barco y el motor. Sin embargo, surgen problemas cuando se cambian caractensticas de un barco, por ejemplo por la adicion de elementos nuevos tal como una torre de pesca, o por la reasignacion del barco desde un entorno de agua fna a un entorno de agua templada.
Las soluciones conocidas para este problema van desde la sustitucion de la helice -que puede ser un procedimiento muy caro- a la curvatura manual de las palas de la helice. El curvado de las palas altera las propiedades hidrodinamicas de la helice de formas sustancialmente incontrolables, y tambien introduce esfuerzos que pueden dar lugar a fisuracion por fatiga y fallo mecanico ultimo de las palas.
La presente invencion pretende mejorar al menos parcialmente estos problemas, y proporcionar un medio para alterar las propiedades hidrodinamicas de una helice marina de manera controlada.
DE 19647102 A1 describe una forma de flujo a usar en fluidos gaseosos o lfquidos en movimiento, incluyendo un borde de entrada que define una lmea divisoria para el medio de flujo, dos superficies opuestas a lo largo de las que fluye el medio sobre la forma de flujo, y un extremo situado hacia abajo detras del que el medio dividido por la forma de flujo converge de nuevo. Con el fin de proporcionar una forma de flujo con mejor utilizacion de energfa y/o conversion de energfa en comparacion con las formas de flujo conocidas, y que exhiba perdidas de flujo especialmente inferiores, se ha propuesto que el extremo situado hacia abajo conste de una seccion de extremo que se pueda plegar elasticamente alrededor de un eje teorico que se extiende casi perpendicular a la direccion de flujo y que esta paralelo a una superficie definida por el borde de entrada y la direccion de flujo, donde la flexibilidad de la seccion de extremo es un multiplo de la de la parte principal de la forma de flujo que esta delante de la seccion de extremo en la direccion de flujo. Otro documento del estado de la tecnica que muestra un medio de ajuste de palas de helice es GB496700.
Resumen de la presente invencion
Segun un aspecto de la presente invencion se facilita una pala para una helice marina como la definida en la reivindicacion 1. La presente invencion contempla una seleccion de medios de ajuste disponibles, por lo que se puede elegir uno o varios medios concretos de los medios de ajuste para lograr las propiedades hidrodinamicas deseadas.
Preferiblemente la porcion de montaje incluye un canal dentro de la pala, y el medio de ajuste incluye una tira que se puede recibir dentro del canal, incluyendo la tira una porcion que sobresale hacia fuera. Ventajosamente, la tira se puede quitar y cambiar facilmente.
Mas preferiblemente, el canal esta situado junto a un borde de salida de la pala, en una cara de presion alta.
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Ventajosamente, esto permite el uso de tiras para alterar el paso efectivo de la helice. Es deseable que la tira este situada lo mas cerca que sea posible del borde de salida sin introducir concentraciones de esfuerzos dentro de la pala. Esto es preferiblemente dentro de 50 mm del borde de salida, y puede ser de aproximadamente 15 mm del borde de salida.
La anchura de la tira puede ser inferior a 10 mm, tal vez aproximadamente 5 mm. Esto proporciona suficiente resistencia de la tira sin alterar en gran medida las propiedades de la pala.
La longitud de la tira puede ser aproximadamente 60% del radio de pala. Hacer que la tira se extienda mas de 90% del radio de pala, y proporcionar una curva concava en su extremo, permite un aumento localizado util de presion de agua en este extremo. Hacer que la tira comience en aproximadamente 30% del radio de pala minimiza las perdidas debidas a flujo de agua dentro de la tira.
En una realizacion alternativa, la tira puede estar situada en la cara de presion baja de la pala. Se contempla que esto ayude a la prevencion de la cavitacion.
Breve descripcion de los dibujos
Sera conveniente describir mejor la invencion con referencia a los dibujos acompanantes que ilustran realizaciones preferidas del ajuste de helice de la presente invencion. Otras realizaciones son posibles, y en consecuencia, no se ha de entender que la particularidad de los dibujos acompanantes anula la generalidad de la descripcion anterior de la invencion. En los dibujos:
La figura 1 es una vista en perspectiva de una pala de helice marina segun la presente invencion.
La figura 2 es una vista lateral de la pala de helice de la figura 1.
La figura 3 es una vista frontal de la pala de helice de la figura 1.
La figura 4 es una vista de extremo de la pala de helice de la figura 1.
La figura 5 es una vista en seccion transversal, a traves de la cuerda A-A marcada en la figura 4, de la pala de helice
de la figura 1.
Y la figura 6 es una vista ampliada de una porcion de la seccion transversal representada en la figura 5.
Descripcion de realizaciones preferidas
Con referencia a las figuras, se representa una sola pala 12 de una helice 10. La helice 10 tiene una pluralidad de tales palas 12 que se extienden hacia fuera de un cubo 14. Tfpicamente, una helice 10 puede tener cinco o seis palas 12, sin embargo se apreciara que la presente invencion se puede aplicar a helices que tengan cualquier numero deseado de palas.
La helice 10 tiene un lado de presion baja o situado hacia arriba 16 y un lado de presion alta o situado hacia abajo 18.
Todas las palas 12 son de forma y configuracion sustancialmente similares. Cada pala 12 tiene una cara de presion alta 20 orientada sustancialmente hacia el lado situado hacia abajo 18 de la helice 10, y una cara de presion baja 22 orientada sustancialmente hacia el lado situado hacia arriba 16 de la helice 10. Cada pala 12 tiene un borde de entrada 24, un borde de salida 26, y un borde interior 30. El borde interior 30 de cada pala 12 esta unido al cubo 14. El borde de entrada 24 forma una curva convexa que se extiende desde el borde interior 30 a una parte exterior de la helice 10. En la realizacion de los dibujos, el borde de salida 26 forma una curva generalmente concava desde el borde interior 30 a la parte exterior de la helice. La curvatura del borde de entrada 24 es significativamente mas grande que la del borde de salida 26, definiendo asf una forma bulbosa de las caras 20, 22 de la pala.
En la realizacion representada en los dibujos, cada pala 12 se curva alejandose del cubo 14, como se ve mejor en la figura 2. El borde interior 30 esta orientado relativamente a lo largo del cubo 14, haciendo un angulo de pala con relacion a una direccion longitudinal del cubo 14. El angulo de pala variara con la distancia desde el saliente y el paso de diseno nominal. En su porcion exterior mas curvada, el borde de entrada 24 forma un angulo de aproximadamente 65° con relacion a una direccion longitudinal del cubo 14.
Se apreciara que todos los parametros de la helice 10 antes descritos se ponen sustancialmente durante la fundicion de la helice. Como tales, se pueden elegir y disenar para adaptarlos a una aplicacion concreta.
La ventaja de la presente invencion esta en la capacidad de modificar las propiedades de la helice sin cambiar la forma y la configuracion disenadas.
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Cada pala 12 incluye una porcion de montaje en forma de un canal 32. En una realizacion preferida, representada en los dibujos, el canal 32 esta situado en la cara de presion alta 20 de la pala adyacente a, pero ligeramente espaciado de, el borde de salida 26. En la realizacion de los dibujos, el canal se extiende desde un primer extremo 34, cerca del borde interior 30, a un segundo extremo 36, cerca del extremo exterior del borde de salida 26. El canal 32 sigue sustancialmente el contorno del borde de salida 26. En concreto, el canal 32 tiene una curva concava en su extremo exterior 36, siguiendo el contorno del borde de salida 26 cuando se une al borde de entrada 24. En la realizacion preferida representada en los dibujos, el primer extremo 34 esta situado en un punto con una distancia radial a aproximadamente 0,3 del radio de la helice. El segundo extremo 36 esta situado en un punto a una distancia radial de aproximadamente 0,925 del radio de la helice.
Como se puede ver mejor en la figura 6, la cara de presion baja 22 se ahusa hacia la cara de presion alta 20 de la pala 12 en el borde de salida 26. El canal 32 esta situado justo dentro de este ahusamiento, dentro del grosor completo de la pala. En la realizacion representada en los dibujos, el canal 32 esta espaciado aproximadamente 15 mm del borde de salida 26, teniendo el canal un grosor de aproximadamente 5 mm.
En una realizacion preferida, como se representa en los dibujos, el canal 32 tiene forma de 'cola de milano', como se ve mejor en la figura 6. La cola de milano tiene lados 37 orientados a aproximadamente 60° a la superficie de la cara de presion alta 20. El canal tiene una base 35 sustancialmente paralela a la superficie de la cara de presion alta 20. En la realizacion representada en los dibujos, el canal 32 tiene una profundidad de aproximadamente 3,4 mm, siendo aproximadamente la mitad del grosor de la pala.
El canal 32 incluye una region de introduccion 38 en el primer extremo, siendo la region de introduccion 38 de seccion transversal sustancialmente rectangular, y siendo mas ancha que el resto del canal 32. La region de introduccion 38 se ahusa en profundidad, desde la superficie de la cara de presion alta 20 a la profundidad del resto del canal 32.
El canal 32 esta dispuesto para recibir un medio de ajuste en forma de una tira sobresaliente 40. Una tira sobresaliente adecuada 40 se puede ver en seccion transversal en la figura 6.
La tira sobresaliente 40 es alargada, y de forma en seccion transversal sustancialmente constante. Incluye una porcion de enganche 42 y una porcion sobresaliente hacia fuera 44.
La porcion de enganche 42 es de forma complementaria al canal 32. En la realizacion de los dibujos, esta es una configuracion de 'cola de milano', pero se apreciara que se puede usar otras configuraciones.
La porcion sobresaliente hacia fuera 44 se extiende alejandose de la porcion de enganche 42 de tal manera que, cuando la porcion de enganche 42 enganche dentro del canal 32, la porcion sobresaliente hacia fuera 44 sobresalga hacia fuera de la cara de presion alta 20. En la disposicion de los dibujos, la porcion sobresaliente hacia fuera 44 es sustancialmente perpendicular a la cara de presion alta 20.
La tira sobresaliente 40 se puede hacer de cualquier material adecuado. Los posibles materiales incluyen tanto nylon como poliuretano.
La tira sobresaliente 40 se puede enganchar con el canal 32 por enganche deslizante. La tira 40 se introduce en el canal 32 a traves de la region de introduccion 38.
El efecto del enganche de la tira sobresaliente 40 en el canal 32 es alterar las propiedades hidrodinamicas de la pala 12 y por ello de la helice 10. En concreto, el enganche de tiras 40 a cada pala 12 tiene el efecto de incrementar el paso efectivo de la helice 10. Mas bien que fluir el agua por la helice desde el borde de entrada 24 al borde de salida 26 de forma sustancialmente laminar, el flujo es en cambio desde el borde de entrada 24 a un borde superior 46 de la porcion sobresaliente hacia fuera 44. Esto reduce el angulo de flujo del agua con relacion a la direccion longitudinal del cubo 14, incrementando efectivamente el paso de la helice 10.
Se apreciara que el grado en que se altera el paso efectivo esta directamente relacionado con la altura de la porcion sobresaliente hacia fuera 44.
Pruebas han sugerido que el paso efectivo es variado por dos mecanismos: la alteracion del paso debida al cambio del angulo entre el borde de entrada 24 y el borde superior 46 como se ha explicado anteriormente, y tambien la concentracion de presion a lo largo de una cara delantera de la porcion sobresaliente hacia fuera 44, produciendo un cambio en la direccion de flujo de fluido. Pruebas de helices similares a las descritas anteriormente y representadas en los dibujos han sugerido que este ultimo efecto puede representarse por el cambio de paso debido a deflexion (Pd) como una funcion lineal de la altura de la porcion sobresaliente (Ht). La relacion medida en pruebas realizadas por el solicitante es Pd (mm)= 45 + 25,4(Ht - 1). Esta relacion es consistente con los resultados relativos a porciones sobresalientes que tienen Ht entre 0,5 mm y 4 mm.
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Como se apreciara, esta relacion sugiere que la inclusion de una pequena porcion sobresaliente todavfa puede alterar el paso al menos 20 mm.
El cambio total del paso efectivo es igual a una superposicion del paso producido por el aumento angular (Pi) y cambio de paso debido a deflexion (Pd). El paso efectivo (Pe(0 mm) en un radio r (mm) se define asf por Pe(r) = Pd + tan(ap + ai).2nr, donde ap es el angulo de paso de la helice sin una tira 40, y ai es el cambio en el angulo de paso. El cambio total del paso efectivo en la pala se puede obtener promediando un rango de radios.
Se entendera que la longitud del canal 32, y la posicion de sus extremos 34 y 36, afectara significativamente al cambio de las propiedades hidrodinamicas producido por el uso de las tiras 40. Se considera que la curva en el segundo extremo 36 del canal 32 aumenta el efecto de deflexion producido por la presion del agua. Tambien se considera que la elevacion generada por la porcion de la pala cerca del cubo 14 es pequena, y por lo tanto la posicion del primer extremo 34 del canal puede no ser tan significativa.
En el uso, se anticipa que una helice 10 estara provista de una pluralidad de conjuntos de tiras sobresalientes 40, variando cada conjunto de otro en la altura de sus porciones sobresalientes 44. De esta forma, el paso efectivo puede ser elegido segun las condiciones en las que la helice 10 haya de operar.
El procedimiento para construir una helice comienza por la consideracion de un paso medio deseado. Cuando este ha sido determinado, se puede implementar la ecuacion anterior para disenar una helice que tenga un paso nominal menor que el medio deseado, pero que logre el medio deseado con el uso de una tira que tenga una porcion sobresaliente de, por ejemplo, 1,5 mm.
Despues de la fundicion de la helice 10, se puede maquinar un canal apropiado 32 en cada pala de helice 14. Despues de finalizar el proceso de maquinado, se puede insertar una tira inicial 40 (con 1,5 mm de altura en este ejemplo) en el canal 32.
Aunque la invencion se ha descrito con referencia al cambio de paso, se apreciara que la adecuada colocacion del canal 32 puede permitir usar la invencion para variar otras propiedades hidrodinamicas de las palas 12. Puede ser posible, por ejemplo, emplear la invencion en la cara de presion baja 22 para reducir o controlar el inicio de la cavitacion.
Las modificaciones y variaciones que sean evidentes a los expertos se consideran dentro del alcance de la presente invencion. Por ejemplo, aunque la porcion sobresaliente 44 se ha descrito extendiendose de forma sustancialmente perpendicular a la cara de presion alta 20, se apreciara que en algunas aplicaciones puede ser deseable que la porcion sobresaliente 44 forme un angulo agudo u obtuso con relacion a la cara desde la que se extienda.

Claims (15)

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    REIVINDICACIONES
    1. Una pala (12) para una helice marina (10), incluyendo la pala
    - una porcion de montaje (32) en una cara de presion (20, 22) de la pala dispuesta para recibir un medio de ajuste (40), por lo que el enganche de un medio de ajuste con la porcion de montaje (32) altera las propiedades hidrodinamicas de la pala, y
    - un medio de ajuste (40), donde la porcion de montaje esta dispuesta para recibir al menos uno de una seleccion de medios de ajuste (40) de alturas variables, incluyendo cada uno de la seleccion de medios de ajuste (40) una tira (40) recibida por la porcion de montaje (32), extendiendose la tira seleccionada (40) a lo largo de al menos una porcion de la cara de presion (20, 22) de la pala (12), teniendo la tira seleccionada (40) una porcion sobresaliente (44) de altura seleccionada (Ht) que se extiende, en el uso, desde la cara de presion (20, 22) de la pala (12) y que altera selectivamente las propiedades hidrodinamicas de la pala (12), caracterizada porque la tira seleccionada esta montada espaciada del borde de salida de la pala.
  2. 2. Una pala para una helice marina segun la reivindicacion 1, donde la porcion de montaje incluye un canal (32) dentro de la pala (12).
  3. 3. Pala para una helice marina segun la reivindicacion 2, donde la tira tiene una porcion de enganche (42) que se puede recibir dentro del canal.
  4. 4. Una pala para una helice marina segun la reivindicacion 1, donde la porcion sobresaliente tiene una anchura inferior a 10 mm, en particular de aproximadamente 5 mm.
  5. 5. Una pala para una helice marina segun la reivindicacion 3, donde la porcion de enganche es de forma complementaria al canal.
  6. 6. Una pala para una helice marina segun la reivindicacion 2, donde el canal tiene forma de cola de milano en seccion transversal.
  7. 7. Una pala para una helice marina segun cualquiera de las reivindicaciones 2, 3, 5 o 6, donde el canal esta situado en una cara de presion alta de la pala.
  8. 8. Una pala para una helice marina segun la reivindicacion 7, donde el canal esta situado espaciado del borde de salida de la pala.
  9. 9. Una pala para una helice marina segun la reivindicacion 8, donde el canal se extiende desde aproximadamente 30% del radio de pala a mas de 90% del radio de pala.
  10. 10. Una pala para una helice marina segun la reivindicacion 8 o la reivindicacion 9, donde el canal esta espaciado del borde de salida menos de 50 mm y preferiblemente menos de 25 mm, y mas preferiblemente aproximadamente 15 mm.
  11. 11. Una pala para una helice marina segun cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10, donde el canal es sustancialmente paralelo al contorno del borde de salida.
  12. 12. Una pala para una helice marina segun cualquiera de las reivindicaciones 2, 3 o 5 a 11, donde el canal incluye una region de introduccion (38) mas ancha que el resto del canal.
  13. 13. Una pala para una helice marina segun la reivindicacion 12, siendo la region de introduccion de seccion transversal sustancialmente rectangular.
  14. 14. Una pala para una helice marina segun la reivindicacion 12 o 13, donde la region de introduccion (38) del canal (32) se ahusa en profundidad a la pala (12) desde la cara de presion (20, 22) a la profundidad del resto del canal.
  15. 15. Una helice marina que tiene una pluralidad de palas segun alguna de las reivindicaciones precedentes.
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