ES2881209T3 - Submarino - Google Patents

Abstract

Submarino con un motor de combustión interna (4) y con un dispositivo (22) para la compensación del ruido de los gases de escape, que tiene un generador de ruido (24) dispuesto en una conexión de conducto (26) con un conducto de gases de escape (14) del motor de combustión interna (4) y un dispositivo de transferencia de calor, dispuesto en la conexión de conducto (26) entre el conducto de gases de escape (14) y el generador de ruido (24), en donde una sección (58) de la conexión de conducto (26) entre el conducto de gases de escape (14) y el generador de ruido (24) está llena de un material conductor del calor y permeable al gas.

Description

DESCRIPCIÓN

Submarino

La invención se refiere a un submarino.

En el diseño de submarinos militares, una de las tareas básicas es eliminar las fuentes de ruido a bordo o, al menos, reducir la generación de ruido en la mayor medida posible. Por ejemplo, en el caso de los submarinos de propulsión diésel-eléctrica, es necesario reducir el ruido de los gases de escape generado durante el funcionamiento de los motores diésel. Para ello se han utilizado hasta ahora silenciadores de absorción instalados en el conducto de gases de escape.

De la técnica de vehículos de motor se conoce la superposición de un contra-ruido, que tiene la misma amplitud y frecuencia pero está desplazado 180° en fase, sobre el ruido de los gases de escape como una alternativa o complemento al uso de un silenciador de absorción, que en el mejor de los casos conduce a una cancelación casi completa del ruido. Un altavoz en conexión de fluido con una pieza terminal de un instalación de gases de escape se utiliza para generar el contra-ruido. Este se controla mediante un dispositivo de control, al que está conectado por señal un micrófono, preferiblemente dispuesto directamente en el lado de descarga de la conexión de fluido entre el altavoz y la instalación de gases de escape. En función del ruido establecido por el micrófono, se reajustan continuamente la amplitud y la frecuencia necesarias en cada caso del contra ruido emitido por el altavoz.

Para proteger el altavoz de la temperatura comparativamente alta de los gases de escape, es una práctica común disponer el altavoz y la conexión de fluido del altavoz a la instalación de gases de escape en el vehículo de motor, de manera que el viento relativo refrigere la conexión de fluido y el altavoz en un grado suficiente. Esta refrigeración de un altavoz de un dispositivo de compensación de gases de escape del tipo descrito anteriormente no suele ser posible cuando este dispositivo se utiliza dentro de un submarino. A este respecto, los dispositivos de compensación de los gases de escape utilizados en los vehículos de motor no son adecuados para compensar el ruido de los gases de escape de la instalación de gases de escape de un submarino.

De Colin Hansen: Understanding Active Noise Control, Londres 2001, Spon Press, página 70, ISBN 0-415-23377, se sabe que se puede proteger un altavoz en conexión de fluido con una chimenea de gases de escape de una corriente de gases de escape caliente, por medio de que la carcasa del altavoz se refrigere mediante una refrigeración por agua y se introduzca una corriente de aire frío en la conexión de fluido entre el altavoz y la chimenea de gases de escape, lo que da lugar a una temperatura de mezcla que no es problemática para el altavoz. En particular, esta última provisión de una corriente de aire refrigerada resulta ser desventajosa en un submarino. El documento DE 103 18293 A1 muestra un submarino con un sistema de propulsión diesel-eléctrico. Se prevé un sistema de gases de escape para el motor diésel, a través del cual los gases de escape diésel se liberan en el agua del entorno. Se describen medidas en cuanto a técnica de fluencia en la zona del casco exterior, mediante las cuales se consigue una presión de agua reducida en determinadas zonas, para expulsar los gases de escape diésel en esta zona de presión reducida. En este contexto, la invención se basa en la tarea de crear un submarino, en el que el ruido de los gases de escape generado por un motor de combustión interna dispuesto en el submarino se reduzca en una medida suficiente y de forma adaptada a las condiciones de un submarino.

Esta tarea se resuelve mediante un submarino con las características indicadas en la reivindicación 1. Unos perfeccionamientos ventajosos de este submarino se desprenden de las reivindicaciones dependientes, de la siguiente descripción y del dibujo. A este respecto, las características indicadas en las reivindicaciones dependientes pueden cada una, individualmente o en combinación adecuada entre sí, configurar aún más el submarino según la reivindicación 1.

El submarino según la invención, en el que se trata preferiblemente de un submarino militar, tiene un motor de combustión interna con un conducto de gases de escape conectado al mismo. En el caso del motor de combustión interna puede tratarse, en general, de cualquier motor de combustión interna que pueda utilizarse en un submarino. Sin embargo, es preferible que este motor de combustión interna sea un motor diésel, que esté preconectado a un generador utilizado para cargar una instalación de baterías.

Además de esto, el submarino está provisto de un dispositivo para la compensación del ruido de los gases de escape. Este dispositivo tiene un generador de ruido dispuesto en una conexión de conducto con la conducto de gases de escape del motor de combustión interna. El generador de ruido sirve para generar un contra-ruido de la misma frecuencia y amplitud que el ruido de los gases de escape, pero desplazado en fase 180°, que compensa el ruido de los gases de escape. La conexión de conducto, en la que está dispuesto el generador de ruido, forma convenientemente un tramo de transmisión del ruido aéreo abierto hacia el conducto de gases de escape. Esto tiene como consecuencia, que se llega a un flujo de calor desde el conducto de gases de escape hasta la conexión de conducto.

Para proteger el generador de ruido de la temperatura comparativamente alta de los gases de escape, la idea básica de la invención es disponer un dispositivo de transferencia de calor en la conexión de conducto entre el conducto de los gases de escape y el generador de ruido, por medio del cual la energía térmica que ha penetrado en la conexión de conducto se disipa desde la conexión de conducto a su entorno externo antes de alcanzar el generador de ruido, hasta el punto de que en el generador de ruido sólo prevalecen aquellas temperaturas, que no perjudican el rendimiento del generador de ruido ni causan daños al mismo.

En principio, cualquier dispositivo puede utilizarse como dispositivo de transferencia de calor, mediante el cual el calor de los gases de escape que ha penetrado en la conexión de conducto se disipa en una medida suficiente desde la conexión de conducto, a través de una superficie límite, con el gas situado en la conexión de conducto. Los dispositivos de transferencia de calor que funcionan principalmente según el principio de convección han demostrado ser especialmente ventajosos en este contexto. Por lo tanto, el dispositivo de transferencia de calor utilizado según la invención comprende preferiblemente un intercambiador de calor, con un cuerpo de intercambio de calor dispuesto dentro de la conexión de conducto entre el conducto de los gases de escape y el generador de ruido, a través de cuyo cuerpo de intercambio de calor fluye un refrigerante. A través del refrigerante que fluye por el cuerpo de intercambio de calor, en el que puede tratarse de agua, por ejemplo, la energía térmica situada en la conexión de conducto se transporta al exterior de la conexión de conducto.

El cuerpo de intercambio de calor dispuesto dentro de la conexión de conducto debe configurarse convenientemente de tal manera, que impida lo menos posible la propagación del ruido aéreo emitido por el generador de ruido hacia el conducto de gases de escape. A este respecto, resulta ventajoso un cuerpo de intercambio de calor, que está formado por un tubo moldeado de forma helicoidal. Por lo tanto, se prevé preferiblemente un cuerpo de intercambio de calor dentro de la conexión de conducto, que está formado por un tubo que tiene la forma de una hélice. Esta hélice se extiende convenientemente dentro de la conexión de conducto en la dirección longitudinal de la conexión de conducto, de modo que el espacio interior encerrado por la hélice y un espacio intermedio, entre el lado exterior de la hélice y una pared interior de la conexión de conducto, forman una trayectoria de propagación suficientemente grande para el ruido aéreo emitido por el generador de ruido hacia el conducto de gases de escape.

Además del intercambiador de calor, el dispositivo de transferencia de calor previsto también tiene medios de transferencia de calor que trabajan según el principio de conducción de calor. De acuerdo con la invención, se prevé que el dispositivo de transferencia de calor comprenda una sección de la conexión de conducto, entre el conducto de gases de escape y el generador de ruido, rellenada con un material térmicamente conductor y permeable al gas. De forma útil, el material con el que se rellena preferiblemente una sección de la conexión de conducto en toda su sección transversal interna, está en contacto con la pared exterior de la conexión de conducto, de forma que el calor absorbido por el material puede ser conducido a la pared exterior de la conexión de conducto y desde allí al exterior de la conexión de conducto. Para evitar o al menos reducir las turbulencias causadas por la corriente de gases de escape en la zona de la transición de la conexión de conducto al conducto de gases de escape, la sección de la conexión de conducto rellenada con el material conductor del calor y permeable al gas se prevé, de forma conveniente, directamente adyacente a la boca de la conexión de conducto en el conducto de de gases de escape. En el caso del material puede tratarse ventajosamente de un fieltro de fibra o de alambre que, debido a los espacios intermedios libres que se configuran en él entre las fibras o los alambres individuales, por un lado sólo influye de forma insignificante en la propagación del ruido aéreo desde el generador de ruido hasta el conducto de gases de escape, pero por otro lado forma una superficie comparativamente grande y, por tanto, un área de contacto con el gas situado en la conexión de conducto.

El fieltro de fibra o alambre utilizado preferiblemente como conductor de calor está configurado normalmente con un material que tiene una alta conductividad térmica. Como material se utiliza de forma preferida lana de acero. En particular, con respecto a las sustancias nocivas que causan corrosión y que pueden estar contenidas en los gases de escape del motor de combustión interna, es útil emplear lana de acero hecha de un acero resistente a la corrosión.

El dispositivo de transferencia de calor utilizado tiene, además de un intercambiador de calor con un cuerpo de intercambio de calor dispuesto dentro de la conexión de conducto entre el conducto de gases de escape y el generador de ruido, otro intercambiador de calor con un cuerpo de intercambio de calor dispuesto fuera de la conexión de conducto. Este intercambiador de calor, por el que fluye un refrigerante, está dispuesto en la zona de la sección de la conexión de conducto que está llena de un material conductor del calor y permeable al gas, de modo que el calor conducido por este material hasta la pared exterior de la conexión de conducto puede ser transportado hacia fuera de la pared exterior, a través del cuerpo de intercambio de calor dispuesto en el lado exterior de la pared exterior. Además de esto, el intercambiador de calor también puede estar dispuesto en la zona de la conexión de conducto, en la que está previsto el intercambiador de calor dispuesto dentro de la conexión de conducto. Preferiblemente, el intercambiador de calor dispuesto dentro de la conexión de conducto y el intercambiador de calor dispuesto fuera de la conexión de conducto tienen un suministro de refrigerante común. A este respecto, los dos intercambiadores de calor pueden disponerse en paralelo o en serie.

Como medida adicional para proteger el generador de ruido, puede estar previsto además ventajosamente disponer una lámina resistente al calor, preferiblemente tensada, en la conexión de conducto entre el generador de ruido y el dispositivo de transferencia de calor. En el caso de esta película se trata normalmente una película acústicamente permeable, que forma una barrera de temperatura y adicionalmente una barrera mecánica que impide que las partículas líquidas y/o sólidas en suspensión contenidas en los gases de escape lleguen al generador de ruido. Preferiblemente, la película está configurada con un poliarilato.

La conexión de conducto entre el conducto de gases de escape y el generador de ruido está formada convenientemente por un tubo, que está conectado lateralmente en la zona de una abertura configurada en la pared periférica del conducto de gases de escape en el casco de presión del submarino. La posición y la orientación del tubo conectado al conducto de gases de escape, en el que también puede tratarse de varios segmentos tubulares conectados entre sí, dependen principalmente de las condiciones espaciales dentro del casco de presión. Preferiblemente está prevista una configuración, en la que un tubo transversal está conectado al conducto de gases de escape, en el cual o en el extremo del cual está dispuesto el generador de ruido. Sin embargo, también es concebible una configuración, en la que un tubo que forma la conexión de conducto está orientado en la dirección del flujo de los gases de escape en el conducto de gases de escape, convergiendo en ángulo agudo en el conducto de gases de escape.

El generador de ruido utilizado según la invención está configurado preferiblemente como un generador de ruido electromagnético o piezoeléctrico con una membrana vibratoria. Dado que el generador de ruido está protegido del impacto térmico de la manera descrita anteriormente, se pueden utilizar como generadores de ruido un gran número de altavoces disponibles en el mercado con una membrana vibratoria excitada electromagnética o piezoeléctricamente, con la única restricción de que estos altavoces deben estar diseñados para el rango de amplitud y de frecuencia necesario para compensar el ruido de los gases de escape.

La invención se explica con más detalle a continuación con referencia a un ejemplo de realización de ejemplo representado en el dibujo. En el dibujo muestran respectivamente a diferentes escalas:

la Fig. 1, en un esquema de principio muy simplificado esquemáticamente un submarino representado en una vista de sección transversal, y

la Fig. 2, en una vista lateral, una parte de un conducto de gases de escape del submarino según la Fig. 1 y la Fig. 3, en una representación aumentada, una zona parcial de la Fig. 2.

En la Fig. 1, se ha representado un submarino navegando a profundidad de periscopio por debajo de una superficie de agua 2. Este submarino tiene un motor de combustión interna 4, que está dispuesto en un casco de presión 6 del submarino. En el caso del motor de combustión interna 4 se trata de un motor diésel, que está preconectado a un generador utilizado para cargar una instalación de baterías. El generador y la instalación de baterías, que no son relevantes para la invención y pueden estar configurados de manera conocida, no se han representado en el dibujo en aras de una mayor claridad.

Para la alimentación de aire, un conducto de alimentación de aire 8 está conectada al motor de combustión interna 4, que está conectado a un mástil de alimentación de aire 10, que es extensible desde una torre 12 del submarino dispuesta por encima del casco de presión 6 durante la navegación a profundidad de periscopio hasta por encima de la superficie del agua. Además de esto, un conducto de gases de escape 14 está conectado al motor de combustión interna 4. Este tiene una sección 16 que se extiende sustancialmente en sentido vertical a través de la pared del cuerpo de presión 6 hacia la torre 12, a la que se conecta una sección 18 sustancialmente normal a la misma, la cual desemboca en una pared lateral 20 de la torre 12. Los gases de escape generados por el motor de combustión interna 4 se descargan en el entorno exterior del agua del submarino a través del conducto de gases de escape 14, cuando el submarino está navegando a profundidad de periscopio.

El submarino está provisto de un dispositivo 22 para la compensación del ruido de los gases de escape, que está dispuesto dentro del casco de presión 6 del submarino. Como puede verse en la Fig. 2, el dispositivo 22 para la compensación del ruido de los gases de escape comprende un generador de ruido 24, que está dispuesto en una conexión de conducto 26 con el conducto de gases de escape 14.

En el caso del generador de ruido 24 se trata de un altavoz con una membrana vibratoria 28 excitado electromagnéticamente. El ruido aéreo emitido por el generador de ruido 24, que es conducido a través de la conexión de conducto 26 al conducto de gases de escape 14 y se superpone allí al ruido de los gases de escape, es controlado por un dispositivo de control que no se muestra en el dibujo, de tal manera que siempre es de la misma amplitud y frecuencia que el ruido de los gases de escape y está desfasado 180° con este último, de modo que la superposición del ruido aéreo generado por el generador de ruido 24 sobre el ruido de los gases de escape conduce en el mejor de los casos a una completa cancelación del ruido. Para permitir este control, el dispositivo de control para el generador de ruido 24 está conectado por señal a un micrófono de fallos que tampoco se muestra en el dibujo, el cual puede estar dispuesto, por ejemplo, en una posición 30 aguas abajo de la conexión del conducto de gases de escape 14 a la conexión de conducto 26 en el conducto de gases de escape 14 (Fig. 1).

Una brida de conexión 32 está configurada en el lado exterior del conducto de gases de escape 14 en la zona de la sección 16 del mismo. Esta brida de conexión 32, orientada transversalmente a la sección 16 del conducto de gases de escape 14, rodea una abertura 34 configurada en la pared periférica del conducto de gases de escape 14. En la brida de conexión 32 está embridado un segmento tubular 36 en su extremo alejado del conducto de gases de escape 14, al que se conecta otro segmento tubular 38, que está embridado al segmento circular 36. Por último, en el extremo del segmento tubular 38 alejado del conducto de gases de escape 14 está embridada una pieza de conexión configurada hueca 40, en cuyo extremo alejado del conducto de gases de escape 14 se fija el generador de ruido 24 mediante una conexión de brida. La pieza de conexión 40 tiene una sección cilíndrica hueca 42 adyacente al segmento tubular 38, a la que se conecta una sección 44 que se ensancha de forma cónica en dirección al generador de ruido 24, más allá del diámetro exterior máximo de la membrana vibratoria 28 del generador de ruido 24. Juntos, la brida de conexión 32, los segmentos tubulares 34 y 36 y la pieza de conexión 40 forman la conexión de conducto 26, que se apoya a través de un soporte 48 en una estructura portante 50 conectada al conducto de gases de escape 14.

Para proteger el generador de ruido 24 de la energía térmica de los gases de escape que fluyen a través del conducto de gases de escape 14, un cuerpo de intercambio de calor 52 de un intercambiador de calor a través del cual fluye un refrigerante está dispuesto dentro del segmento tubular 36. El cuerpo de intercambio de calor 52 está formado por un tubo moldeado de forma helicoidal, cuyos dos extremos 54 y 56 se extienden a través de la pared exterior del segmento tubular 36 hacia el exterior de la conexión de conducto 26, espaciados entre sí en la dirección longitudinal del segmento tubular 36. En los extremos 54 y 56, el cuerpo de intercambio de calor 52 está conectado a un circuito de refrigerante del intercambiador de calor, que no se muestra en el dibujo para mayor claridad. Un intercambiador de calor 64 está dispuesto en el exterior del segmento tubular 36. El intercambiador de calor 64, que está conectado al mismo circuito de refrigerante que el cuerpo de intercambio de calor 52, incluye un canal de refrigerante 66 que se extiende helicoidalmente alrededor del segmento tubular 36, desde una entrada de refrigerante 68 hasta una salida de refrigerante 70.

Como medida adicional para proteger el generador de ruido 24 de la energía térmica de los gases de escape que fluyen a través del conducto de gases de escape 14, una sección 58 de la brida de conexión 32 directamente adyacente al conducto de gases de escape 14 se rellena con lana de acero 60 en toda la sección transversal interna de la brida de conexión 32. La lana de acero 60 forma un conductor térmico, a través del cual una primera fracción de la energía térmica de los gases de escape dentro de la conexión de conducto 26 se disipa al entorno exterior de la conexión de conducto 26 a través de la pared exterior de la brida de conexión 32. Otra fracción todavía presente de la energía térmica se transporta a continuación hacia fuera de la conexión de conducto, a través del intercambiador de calor, con el cuerpo de intercambio de calor 52 así como el intercambiador de calor 64. La densidad de empaquetamiento de la sección 58 con la lana de acero 60 se ha elegido de tal manera, que el ruido aéreo emitido por el generador de ruido 24 puede propagarse sustancialmente sin obstáculos en el conducto de gases de escape 14.

Una lámina 62 está arriostrada entre el segmento tubular 38 y la pieza de conexión 40 en la zona en la que la pieza de conexión 40 está embridada al segmento tubular 38. La lámina 62 está compuesta de poliarilato termorresistente.

Su grosor está dimensionado de tal manera, que es acústicamente permeable. La lámina 62 forma una medida adicional para proteger el generador de ruido de la energía térmica de los gases de escape. Además de esto, la película 62 forma una barrera mecánica, que impide que las partículas en suspensión contenidas en los gases de escape lleguen al generador de ruido 24.

Lista de signos de referencia

Claims (8)

REIVINDICACIONES

1. - Submarino con un motor de combustión interna (4) y con un dispositivo (22) para la compensación del ruido de los gases de escape, que tiene un generador de ruido (24) dispuesto en una conexión de conducto (26) con un conducto de gases de escape (14) del motor de combustión interna (4) y un dispositivo de transferencia de calor, dispuesto en la conexión de conducto (26) entre el conducto de gases de escape (14) y el generador de ruido (24), en donde una sección (58) de la conexión de conducto (26) entre el conducto de gases de escape (14) y el generador de ruido (24) está llena de un material conductor del calor y permeable al gas.

2. - Submarino según la reivindicación 1, en el que el dispositivo de transferencia de calor comprende un intercambiador de calor, que tiene un cuerpo de intercambio de calor (52) dispuesto dentro de la conexión de conducto (26) entre el conducto de gases de escape (14) y el generador de ruido (24).

3. - Submarino según la reivindicación 2, en el que el cuerpo de intercambio de calor (52) está formado por un tubo de forma helicoidal.

4. - Submarino según una de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el material es lana de acero (60).

5. - Submarino según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el dispositivo de transferencia de calor comprende un intercambiador de calor (64), que tiene un cuerpo de intercambio de calor dispuesto por fuera de la conexión de conducto (26) entre el conducto de gases de escape (14) y el generador de ruido (24).

6. - Submarino según una de las reivindicaciones anteriores, en el que una lámina (62), preferiblemente tensada y resistente al calor, está dispuesta entre el generador de ruido (24) y el dispositivo de transferencia de calor.

7. - Submarino según una de las reivindicaciones anteriores, en el que un tubo transversal está dispuesto en el conducto de gases de escape (14), en el que o en cuyo extremo está dispuesto el generador de ruido (24).

8. - Submarino según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el generador de ruido (24) está configurado como generador de ruido electromagnético o piezoeléctrico (24) y comprende una membrana vibratoria (28).