Tobera fija simétrica aceleradora para naves acuáticas en condición de navegación libre.

Tobera fija simétrica aceleradora para naves acuáticas en condición de navegación libre.

Soluciona obtener mayor rendimiento en naves acuáticas gracias a tobera en la cual, la diferencia entre el radio exterior (Ro) y el radio interior (Ri) está comprendida entre 0.050D y 0.076D, siendo D el diámetro interior de la tobera; la superficie exterior (8) de la tobera es cilíndrica; la línea que contiene la cuerda del perfil de la tobera, forma un ángulo con el eje de simetría (7) de la tobera, de tal forma que se cruzan en un punto aguas arriba de la tobera; y el borde de entrada (5), tiene un radio de curvatura en perfil comprendido entre 0.01019D y 0.004D.

La tobera forma parte de un sistema de propulsión y éste a su vez de una nave acuática.

TOBERA FIJA SIMÉTRICA ACELERADORA PARA NAVES ACUÁTICAS EN CONDICiÓN DE NAVEGACiÓN LIBRE.

Sector de la técnica. La invención se refiere una tobera fija simétrica aceleradora para naves acuáticas en condición de navegación libre, formando parte del sistema de propulsión de naves acuáticas flotantes o submarinas.

Estado de la técnica. Aclaración de conceptos técnicos: El coeficiente de avance J = VJnDp• Siendo VA la velocidad de avance del propulsor, n el número de revoluciones por segundo de la hélice y Op el diámetro de la hélice. Coeficiente de tracción o empuje total Ktt =T I p n2 Op4, siento T la tracción o empuje total de la hélice y de la tobera juntas, y p la densidad del agua. Indice de carga CT = ( T ) I (% p Vl "/4 Op2) . Condición de navegación libre: cuando se navega con carga exclusivamente interior; en esta condición el índice de carga CT tiene un valor comprendido entre 1.5 y 3 en velocidad de crucero al 80% de la potencia nominal. Condición de navegación en arrastre o tiro: cuando se navega tirando de una red de pesca o remolcando a otra nave; en este caso la velocidad de la nave es muy pequeña con relación al empuje o tiro del sistema propulsivo constituido por una hélice abierta o por una hélice en tobera, se dice que el sistema propulsivo está muy cargado, el índice de carga CT está por encima del valor 4; sólo navegan en esta condición los buques arrastreros de pesca y los remolcadores, cuando están realizando su trabajo específico. Coeficiente de empuje de la hélice. =Tpi T, siendo Tp el empuje ejercido por la hélice solamente y T el empuje ejercido por el conjunto hélice-tobera. En la hélice abierta (sin tobera) vale 1, en toberas aceleradoras menos de 1 yen toberas deceleradoras más de 1. Se utilizan algunos coeficientes, con el factor O o L para indicar algunas distancias en función del diámetro interior de la tobera O o de la longitud axial de la tobera L. Al multiplicar el coeficiente por el valor concreto en cada caso de D o de L nos da la medida concreta. En toberas la relación LID, longitud axial de la tobera dividida por el diámetro interior de la tobera, es una referencia imprescindible. Se denomina vena líquida, cuando un líquido es impulsado por una hélice, en el caso que nos ocupa, en el interior del mismo líquido, diferenciándose del resto del mismo líquido que rodea la vena por sus características cinemáticas, tanto aguas abajo de la hélice sobre todo, como aguas arriba de la hélice. En una nave acuática se denomina estela nominal en cualquier plano perpendicular a la longitud de la nave, a las características cinemáticas del agua en dichos planos alrededor de la nave, esto sucede cuando la nave es remolcada; y estela efectiva es la que se produce en autopropulsión cuando la hélice o hélices empujan a la nave; en este caso la diferencia más notable se presenta a partir del plano de la hélice aguas abajo, al generar la hélice una vena líquida claramente diferenciada por sus características cinemáticas del resto de características cinemáticas del agua que la rodea, sobre todo mayor velocidad, provocando muchísima turbulencia, por tanto mucho rozamiento y por lo tanto pérdida de rendimiento del sistema propulsivo. Una hélice naval genera al girar en un determinado sentido, una velocidad de la estela efectiva aguas abajo con componentes axial, tangencial y radial. La componente axial es la más importante en cuanto a módulo. Ángulo de ataque de un perfil es el que forma la línea que contiene la cuerda con la dirección general del fluido que incide sobre dicho perfil. Cuanto mayor sea el ángulo de ataque de un perfil en este caso de tobera respecto a la dirección general de la corriente, mayor es el coeficiente de sustentación el y por tanto la sustentación y la aceleración que induce en el interior de la tobera. Codaste: continuación de la quilla de la nave acuática por popa, tanto en naves flotantes como en naves submarinas. Bocina: soporte del árbol de la hélice en el codaste. En la relación de áreas Ae/Ao, Ae se refiere a la superficie total de las palas y Aa se refiere al área del disco de barrido. Actualmente para la propulsión de naves acuáticas en condición de navegación libre, se usa la tobera "19A" desarrollada por "MARIN" "Maritime Research Institute Netherlands" en la década de 1960, la tobera "HR" comercializada por la empresa "Wartsila" en la década de 1990, y la tobera "Rice speed" comercializada por el "Grupo Rice" empresa de Méjico en la década de 1990; en todas ellas la relación UD está muy aproximadamente sobre 0.50; la línea que contiene la cuerda de cada perfil se cruza con el eje de simetría de la tobera aguas abajo de esta; la diferencia entre el radio exterior de la tobera y el radio interior está aproximadamente sobre 0.10D, en las tres toberas citadas; la superficie exterior no es cilíndrica en ninguna de ellas. En el documento de patente ES2317799 (A1) presentado el 01/08/2008, publicado el 16/04/2009, y concesión el 04/03/2010 se presenta un sistema de propulsión con tobera para naves en condición de navegación libre. El resto de toberas que se usan

los perfiles actuales para índices de carga CT inferiores al valor 3. El esfuerzo por conseguir mayor rendimiento en los sistemas propulsivos ha sido constante por parte de todos los investigadores y grupos de investigación tanto de empresas como de universidades, sobre todo a partir de la crisis del petróleo del año 1973 hasta la actualidad.

La ventaja técnica que aporta esta invención radica en disminuir las pérdidas axiales, disminuir mucho el arrastre de la tobera, e incrementar de forma importante el coeficiente de sustentación Cl con la consiguiente aceleración del agua en el plano de barrido de la hélice , todo lo cual combinado contribuye a un importante incremento de eficiencia del sistema propulsivo.

Explicación de la invención. La solución al problema técnico planteado anteriormente consiste, en el uso de una tobera fija...

1. Tobera fija simétrica aceleradora para naves acuáticas en condición de navegación libre, que comprende: en el sentido de circulación general del agua, primero una superficie interior convexa convergente, después una superficie interior cilíndrica y por último una superficie interior convexa divergente, con la parte final aguas abajo presentando una divergencia muy pronunciada de más de 50° respecto al eje de simetría de la tobera; la relación LID, está comprendida entre 0.40 y 0.60, siendo L la longitud axial del perfil de la tobera y O el diámetro interior de la tobera; con una sola tobera para cada hélice; la superficie interior convergente se une a la superficie exterior por medio de una superficie toroidal, con circunferencia como generatriz, formando el borde de entrada de agua en la tobera y la superficie interior divergente y la superficie exterior de la tobera coinciden en una arista, formando el borde de salida del agua de la tobera; el perfil de la tobera es exactamente el mismo en los 3600 de cobertura; caracterizada porque, la línea que contiene la cuerda ( 9 ) del perfil de la tobera, que va desde el extremo anterior del borde de entrada hasta el extremo posterior del borde de salida, forma un ángulo con el eje de simetría ( 7 ) de la tobera, de tal forma que se cruzan en un punto aguas arriba de la tobera; la diferencia entre el radio exterior ( Ro ) de la tobera y el radio interior ( Ri ) de la tobera está comprendida entre 0.0500 Y 0.0760; la superficie exterior ( 8 ) de la tobera es cilíndrica en toda su longitud axial desde el borde de entrada anterior hasta el borde de salida posterior de acuerdo con el sentido general de circulación del agua; el borde de entrada, con circunferencia como generatriz de la superficie toroidal, tiene un radio ( r ) de curvatura en perfil, de dicha circunferencia, comprendido entre 0.010190 y 0.0040; el plano de barrido ( 10 ) del centro de las puntas de pala de la hélice, perpendicular al eje de simetría de la tobera, está más próximo al borde de entrada de la tobera que al borde de salida de la tobera; en el perfil de la tobera la línea tangente ( 11 ) a la superficie interior convexa convergente ( 1 ) por un punto a una distancia axial ( F ) de 0.046L aguas abajo del borde de entrada, forma un ángulo ( a ) con el eje de simetría de la tobera de entre 20° y 30°; Y la longitud axial ( C ) de la superficie divergente posterior es manifiestamente mayor que la longitud axial ( A ) de la superficie convergente anterior entre un 15% y un 25%.

2. Tobera fija simétrica aceleradora para naves acuáticas en condición de navegación libre, según reivindicación 1, caracterizada porque la diferencia entre el radio exterior ( Ro) de la tobera y el radio interior ( Ri) de la tobera es de 0.0630; la relación LID es de 0.4970; el borde de entrada de la tobera tiene un radio ( r) de curvatura en perfil de 0, 01019D; el plano de barrido ( 10 ) del centro de las puntas de pala de la hélice perpendicular al eje de simetría de la tobera está situado a una distancia del borde de entrada de 0.4564L; y en el perfil de la tobera la línea tangente a la superficie interior convexa convergente por un punto a una distancia axial de 0.046L aguas abajo del borde de entrada, forma un ángulo con el eje de simetría de la tobera de 26°.

3. Tobera fija simétrica aceleradora para naves acuáticas en condición de navegación libre, según reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque forma parte de una nave 10 acuática flotante o submarina, con motor que está unido e imparte movimiento de giro al árbol de la hélice del sistema de propulsión constituido por la hélice y dicha tobera.