Dispositivo de timón para embarcaciones de alta velocidad con timón reductor de cavitación,

alabeado, en especial un timón completamente suspendido, que comprende una pala del timón (100) con una hélice (115) asociada al timón, dispuesta sobre un eje de la hélice motriz (PA) y un vástago del timón (140) unido a la pala del timón (100) en el que el dispositivo de timón (200).

a.) Comprende una pala de timón completamente suspendida (100) que presenta preferentemente un perfil delgado con una reducida profundidad de perfil, con dos secciones de la pala del timón dispuestas una encima de otra (10, 20) con altura igual o desigual, preferentemente con una sección inferior del timón (20) que presenta una altura más reducida con respecto a la altura de la sección superior (10) de la pala del timón y con los bordes frontales (11, 21) dirigidos hacia la hélice que presentan (115) un perfil aproximadamente semicircular, los cuales están dispuestos de manera tal que un borde frontal (11) está desplazado lateralmente hacia babor (BB) o hacia estribor (SB) y el otro borde frontal (21) está desplazado lateralmente hacia estribor (SB) o hacia babor (BB), con respecto a la línea media longitudinal (LML) de la pala del timón (100), de manera que las superficies de las paredes laterales (12, 13; 22, 23) de ambas secciones (10, 20) de la pala del timón se reúnen en un borde extremo (15) alejado de la hélice (115),

a1.) de manera que ambos bordes frontales (11, 21) y el borde extremo (15) discurren estrechándose hacia debajo, de manera cónica, con la disminución de las superficies de la sección transversal (30), desde la sección superior (OB) hasta la sección inferior (UB) de la pala del timón (100),

a

Dispositivo de timón para embarcaciones de gran velocidad, en especial timón completamente suspendido reductor de cavitación, alabeado.

Sector de utilización

La invención se refiere a un dispositivo de timón para embarcaciones de gran velocidad, en especial timón completamente suspendido, reductor de cavitación, alabeado, de acuerdo con la parte introductoria de la reivindicación 1.

Estado de la técnica

Los timones para embarcaciones, tales como timones completamente suspendidos o timones con perfil equilibrado, con o sin deflector controlado, son conocidos en diferentes formas de realización. Son conocidos igualmente timones de embarcación con una pala de timón alabeada, que está realizada mediante dos secciones de pala del timón dispuestas una encima de otra, cuyos bordes frontales dirigidos hacia la hélice están desplazados lateralmente de forma tal que uno de los bordes frontales está desplazado hacia babor y el otro está desplazado hacia estribor.

Así, por ejemplo, el documento JP (A) Sho 58-30896 describe un timón para embarcaciones que presenta una pala de timón alabeada que consiste en una parte superior y una parte inferior, de manera que ambas partes están alabeadas en dirección hacia la hélice de manera tal que solamente las zonas de los bordes frontales de ambas piezas están desplazadas lateralmente, mientras que, por el contrario, las zonas de ambas partes que se extienden hacia los bordes extremos presentan igual forma en sección transversal e iguales medidas de dicha sección transversal.

El documento GB 332.082 da a conocer igualmente un timón para embarcaciones con una pala de timón alabeada, en la que las zonas de perfil dirigidas hacia la hélice, es decir, los bordes frontales, están desplazados lateralmente hacia estribor y hacia babor, de manera que los bordes frontales están construidos con su punta saliente. El perfil en sección de ambas partes de la pala del timón está constituido de forma tal que las superficies de las paredes laterales del lado de babor y del lado de estribor de ambas partes o secciones de la pala del timón discurren entre los bordes extremos hasta los bordes frontales curvados lateralmente sin curvatura, es decir, de forma rectilínea, de manera que las superficies de las paredes laterales no presentan zona alguna arqueada hacia el exterior con diferentes radios de curvatura. De forma adicional, la constitución del perfil de la pala del timón es de forma tal que ambas superficies en sección transversal de ambas secciones o partes de la pala del timón dispuestas una encima de otra tienen iguales dimensiones y se extienden a toda la altura de la pala del timón. Mediante los bordes frontales que terminan en punta, se constituyen secciones con canto agudo, que contrarrestan la cavitación y las averías. Con la disposición del perfil de este timón, se consigue una mejora de la propulsión.

El documento DE 20 2004 006 453 U1, que se considerará el más próximo del estado de la técnica, describe un timón completamente suspendido, para embarcaciones, con una pala de timón alabeada que presenta dos secciones o partes de la pala del timón dispuestas una encima de otra, cuyos bordes frontales delanteros dirigidos hacia la hélice están desplazados de manera tal que un borde frontal está desplazado a babor o estribor y el otro borde frontal está desplazado a estribor o babor, de manera que ambas superficies laterales de la pala del timón se reúnen en un borde extremo alejado de la hélice. El cojinete vertical del timón receptor del vástago del timón, está constituido en forma de soporte en voladizo y dotado de un orificio interno intermedio longitudinal, para recibir el vástago del timón para la pala del timón y construido de manera tal que llega hasta la pala del timón unida al extremo del eje del timón, de manera que para la disposición del eje del timón se ha colocado un cojinete en el orificio longitudinal interno del cojinete vertical del timón, que con su extremo libre alcanza un rebaje de la pala del timón. El vástago del timón está guiado en su zona extrema con una sección hacia fuera del cojinete vertical del timón y con el extremo de esa sección está unido con la pala del timón. La unión del vástago del timón con la pala del timón se encuentra, por lo tanto, por encima de la parte media de la hélice y está dispuesta en relación con ambos lados de la pala del timón, de manera tal que la pala del timón presenta un grosor importante. En barcos con elevadas velocidades esta disposición comporta mayores pérdidas de energía y cavitación.

Las velocidades de las embarcaciones modernas aumentan de manera continua. Con las elevadas velocidades de flujo relacionadas con las velocidades más elevadas, aumentan las cargas ejercidas sobre la hélice y sobre el timón. La simetría del perfil de palas de timón del tipo conocido conduce a zonas de presión reducida en la superficie del timón, que conducen a cavitaciones y, por lo tanto, a erosiones. La cavitación se produce en los puntos de la pala del timón en las que el flujo se acelera de manera extrema. De esta forma, la enérgica corriente de rotación de la hélice choca con una velocidad elevada sobre la superficie de la pala del timón. Por esta elevada aceleración, la presión estática disminuye por debajo de la presión de vaporización del agua, por lo que se generan burbujas de vapor que implosionan de manera brusca. Estas implosiones conducen a la destrucción de la superficie de la pala del timón, lo cual tiene como resultado costosas reparaciones, debiéndose utilizar frecuentemente nuevas palas de timón.

Es objetivo de la presente invención dar a conocer un dispositivo de timón para embarcaciones de dimensiones grandes y muy grandes, en especial palas de timón completamente suspendidas con bordes delanteros del timón alabeados, en las que se evitan los efectos de la erosión en la pala del timón por la generación de cavitación, en especial en la utilización en embarcaciones rápidas con hélices sometidas a elevada carga y se prevé una disposición del vástago del timón en la que el tubo de guía es introducido en la pala del timón con intermedio de un cojinete principal integrado en el lado inferior, y los esfuerzos del timón son enviados de forma directa al cuerpo del barco, de manera que el guiado de los esfuerzos tiene lugar como brazo en voladizo en forma de solicitación pura de flexión sin momentos de torsión. Además, las fuerzas generadas sobre la pala del timón, que actúan en su zona inferior, producidas por la corriente de la hélice que produce elevadas velocidades de flujo, deben ser contrarestadas y la pala del timón debe ser equilibrada, sin que ello produzca avería alguna del cojinete para el vástago del timón. Además, la zona alargada de la pala del timón debe presentar transiciones cerradas.

Este objetivo es solucionado por un dispositivo de timón de acuerdo con la técnica descrita en lo anterior, mediante el funcionamiento conjugado funcionalmente de una pala del timón completamente suspendida y alabeada con una disposición especial del vástago del timón con las características indicadas en la reivindicación 1.

A continuación, el dispositivo de timón según la invención, se caracteriza porque:

a.) Comprende una pala de timón completamente suspendida que presenta preferentemente un perfil delgado con una reducida profundidad de perfil, con dos secciones de la pala del timón dispuestas una encima de otra con altura igual o desigual, preferentemente con una sección inferior del timón que presenta una altura más reducida con respecto a la altura de la sección superior de la pala del timón y con los bordes frontales dirigidos hacia la hélice que presentan un perfil aproximadamente semicircular, los cuales están dispuestos de manera tal que un borde frontal está desplazado lateralmente hacia babor (BB) o hacia estribor (SB) y el otro borde frontal está desplazado lateralmente hacia estribor (SB) o babor (BB), con respecto a la línea media longitudinal (LML) de la pala del timón, de manera que las superficies de las paredes laterales de ambas secciones de la pala del timón se reúnen en un borde extremo alejado de la hélice,

a1.) de manera que ambos bordes frontales y el borde extremo discurren estrechándose hacia debajo de manera cónica, con la disminución de las superficies de la sección transversal, desde la sección superior (OB) hasta la sección inferior (UB) de la pala del timón,

a2.) o bien el borde extremo discurre recto y paralelo al vástago del timón y ambos bordes frontales discurren de forma cónica decreciendo su sección hacia abajo,...

1. Dispositivo de timón para embarcaciones de alta velocidad con timón reductor de cavitación, alabeado, en especial un timón completamente suspendido, que comprende una pala del timón (100) con una hélice (115) asociada al timón, dispuesta sobre un eje de la hélice motriz (PA) y un vástago del timón (140) unido a la pala del timón (100) en el que el dispositivo de timón (200).

a.) Comprende una pala de timón completamente suspendida (100) que presenta preferentemente un perfil delgado con una reducida profundidad de perfil, con dos secciones de la pala del timón dispuestas una encima de otra (10, 20) con altura igual o desigual, preferentemente con una sección inferior del timón (20) que presenta una altura más reducida con respecto a la altura de la sección superior (10) de la pala del timón y con los bordes frontales (11, 21) dirigidos hacia la hélice que presentan (115) un perfil aproximadamente semicircular, los cuales están dispuestos de manera tal que un borde frontal (11) está desplazado lateralmente hacia babor (BB) o hacia estribor (SB) y el otro borde frontal (21) está desplazado lateralmente hacia estribor (SB) o hacia babor (BB), con respecto a la línea media longitudinal (LML) de la pala del timón (100), de manera que las superficies de las paredes laterales (12, 13; 22, 23) de ambas secciones (10, 20) de la pala del timón se reúnen en un borde extremo (15) alejado de la hélice (115),

a1.) de manera que ambos bordes frontales (11, 21) y el borde extremo (15) discurren estrechándose hacia debajo, de manera cónica, con la disminución de las superficies de la sección transversal (30), desde la sección superior (OB) hasta la sección inferior (UB) de la pala del timón (100),

a2.) o bien el borde extremo (15) discurre recto y paralelo al vástago (140) del timón y ambos bordes frontales (11, 21) discurren de forma cónica decreciendo su sección hacia abajo, con disminución de las dimensiones de las superficies de sección transversal (30) desde la parte superior (OB) hasta la parte inferior (UB),

a3.) de manera que las secciones de superficie en sección transversal (31) de la parte superior (10) de la pala del timón y de la parte inferior (20) de la pala del timón presentan, en la zona comprendida entre el borde extremo (15) y el grosor de perfil mayor (PD) de la pala del timón (100), una longitud (L) que, como mínimo, corresponden a 1 ¹/₂ veces la longitud (L1) de la sección de superficie en sección transversal (32) de la parte superior (10) de la pala del timón y de la parte inferior (20) de la pala del timón entre el mayor espesor de perfil (PD) de la pala del timón (100) y los bordes frontales (11, 21),

a4.) de manera que la parte superior (10) de la pala del timón se extiende hacia el lado de babor (BB) y la parte inferior de la pala del timón (20) se extiende hacia el lado de estribor (SB), discurriendo cada una de ellas de forma arqueada aplanada, desde los bordes frontales (11, 21) en la dirección de la sección de pared lateral (18, 28) que se extiende hacia el borde extremo (15) con una longitud (L2), que se extiende en una longitud (L'2) de la sección de pared lateral (18) de los bordes frontales (11, 21) hacia el espesor de perfil mayor (PD) con añadidura de una longitud (L''2) que corresponde, como mínimo, a ¹/₂ de la longitud (L'2), de manera que a la sección de pared lateral (18, 28) que discurren de forma arqueada aplanada se une la sección de pared lateral (16, 26) que discurre de forma recta que termina en el borde extremo (15),

a5.) de manera que la sección superior (10) de la pala del timón en el lado de estribor (SB) y la sección inferior de la pala del timón (20) en el lado de babor (BB) presentan cada una sección de pared lateral arqueada, fuertemente curvada, y que discurren, desde los bordes frontales (11, 21) en la dirección del borde extremo (15), secciones de pared lateral (19, 29) con una longitud (L3) que se extiende a la longitud (L'3) de la sección (19) de pared lateral desde los bordes frontales (11, 21) hasta la zona de mayor grosor del perfil (PD) con adición de una longitud (L''3) que corresponde, como mínimo, a ¹/₃ de la longitud (L'3), de manera que a la secciones (19, 29) de pared lateral arqueada, fuertemente curvada, se une una sección de pared lateral rectilínea (17, 27) que termina en el borde extremo (15),

a6.) de manera que ambas secciones de paredes laterales (16; 17; 26, 27) que discurren de forma recta presentan por paredes iguales longitudes y las secciones de superficie en sección transversal que se encuentran entre ambas secciones de pared lateral (16, 17; 26, 27) están construidas con iguales dimensiones y son simétricas,

a7.) de manera que la separación entre las secciones de pared lateral (18; 28) que discurren de forma arqueada aplanada, y a la línea media longitudinal (LML), es mayor con respecto a la separación entre la sección de pared lateral, que discurre de forma sustancialmente arqueada (19, 29) con respecto a la línea media (LML), y entre ambas secciones de pared lateral, que discurren de forma arqueada (18; 28), están constituidas zonas de sección transversal asimétricas que se encuentran a ambos lados de la línea longitudinal media (LML),

a8.) de manera que en la zona de transición de ambas secciones desplazadas lateralmente de ambas secciones (10, 20) del timón, dispuestas una encima de la otra, están dispuestas las placas directrices (200, 201) que están conformadas de manera correspondiente a la estructura arqueada de los bordes frontales (11, 21), que constituyen los cuerpos de conformación de la corriente y que recubren la zona de desplazamiento, presentando un perfil adecuado a la formación de la corriente, arqueado y conjugado a la pared externa de la pala del timón, con perfil rectilíneo o en forma de semicírculo, de las cuales una placa directriz (200) se extiende desde el borde frontal (11) de la sección superior (10) de la pala del timón hasta su pared lateral, y la otra placa directriz (201) se extiende desde el borde frontal (21) de la sección inferior (20) de la pala del timón hasta su pared lateral,

b.) comprende un vástago (140) del timón (100) que tiene como mínimo un cojinete, que funciona conjuntamente de modo funcional con la pala del timón,

b1.) de manera que el vástago (140) del timón, en especial de acero forjado u otro material adecuado conjuntamente con el tubo de guía (120) receptor de aquél, realizado en acero forjado o en otro material adecuado en la zona de mayor grosor de perfil (PD) o entre éste y el borde frontal de la sección superior (10) de la pala del timón está dispuesto en éste y se extiende con su dispositivo de fijación (145) del lado extremo a toda la altura de la sección superior (10) de la pala del timón,

b2.) de manera que el tubo de guía (120) introducido profundamente en la sección superior (10) del ala del timón para el vástago del timón (140) está dispuesto en forma de brazo en voladizo con un orificio longitudinal interno en la zona media (125) para recibir el vástago (140) del timón,

b3.) de manera que la sección transversal del tubo de guía está realizada con paredes delgadas y porque el tubo de guía (120) presenta preferentemente en la zona de su extremo libre, para recibir mediante cojinete el vástago de timón (140), un cojinete liso (130) en su pared interna, y

b4.) de manera que el vástago (140) del timón sobresale por su zona extrema (140b) mediante una sección (140a) hacia fuera del tubo de guía (120) y está unida con el extremo de dicha sección (140a) con la sección superior (10) de la pala del timón.

2. Dispositivo de timón, según la reivindicación 1, caracterizado porque entre la sección superior (10) de la pala del timón y la sección inferior (20) de la pala del timón está dispuesta una placa de fijación (45) y está unida con las secciones (10, 20) de la pala del timón, de manera que dicha placa de fijación (45) presenta superficies en sección transversal (46, 47) simétricas a ambos lados de la línea media longitudinal (LML) y un perfil superficial, así como medidas, que comprenden las de la placa inferior (42) de la sección superior (10) de la pala del timón y la placa superior (41) de la sección inferior (20) de la pala del timón con sus perfiles y medidas.

3. Dispositivo de timón, según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el borde frontal (11) de la sección superior (10) de la pala del timón y el borde frontal (21) de la sección inferior (20) de la pala del timón están desplazados lateralmente hacia babor (BB) y hacia estribor (SB) con respecto a la línea longitudinal media (LML) de forma tal que la línea media (M2), trazada en la sección de borde frontal desplazado lateralmente, discurre con un ángulo a de, como mínimo, 3º a 10º, si bien puede ser superior, preferentemente 8º con respecto a la línea longitudinal media (LML) de la superficie en sección transversal de un travesaño.

4. Dispositivo de timón, según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque las secciones de pared lateral (18, 28) de las secciones superior e inferior (10, 20) de la pala del timón que se encuentran a babor (BB) y a estribor (SB) con forma arqueada, aplanada, presentan una menor longitud (L4) con respecto a la longitud (L5) de las secciones de pared lateral (19, 29) de las secciones superior e inferior de la pala del timón con forma arqueada, sustancialmente curvada.

5. Dispositivo de timón, según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la longitud del arco (BL1) de las secciones de pared lateral (19, 29) arqueadas sustancialmente curvadas, de las secciones superior e inferior (10, 20) de la pala del timón es superior a la longitud del arco (BL) de las secciones de pared lateral (18, 28) de forma arqueada, aplanada, de las secciones superior e inferior (10, 20) de la pala del timón, de manera que las zonas de transición (UB1) de las secciones de pared lateral (19, 29) arqueadas, sustancialmente curvadas, de las secciones superior e inferior (10, 20) de la pala del timón están desplazadas con respecto a las secciones de pared lateral (17, 27) que discurren de forma rectilínea hacia el borde extremo (15), y las zonas de transición (UB) de las secciones de pared lateral (18, 28) arqueadas, aplanadas, de las secciones superior e inferior (10, 20) de la pala del timón están desplazadas con respecto a las secciones de pared lateral (16, 26) que discurren de forma rectilínea con respecto al borde extremo (15) en dirección del borde extremo.

6. Dispositivo de timón, según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el diámetro de la abertura u orificio (105) de la sección superior (10) de la pala del timón para recibir el tubo de guía (120) es algo más reducido que la zona de perfil más gruesa (PD) de la sección (10) de la pala del timón.

7. Dispositivo de timón, según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el canto o borde frontal (11, 21) de la pala del timón (100) dirigido hacia la hélice (115) discurre con respecto al canto o borde extremo (15) alejado de la hélice (115) con un ángulo ß que asciende, como mínimo, a 5º, preferentemente a 10º.

8. Dispositivo de timón, según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque las secciones (10, 20) de la pala del timón, dispuestas en la zona de transición de ambas secciones lateralmente desplazadas (A1, A2) de ambas secciones (10, 20) de la pala del timón dispuestas una encima de la otra, que están conformadas de manera correspondiente al perfil arqueado de los bordes frontales (11, 21), presentan un perfil arqueado longitudinalmente, de manera que cada una de ambas placas directrices (200, 201) se encuentra con una de las secciones (200b, 201b) dirigidas hacia los bordes frontales (11, 21) en la zona de los bordes frontales y es una pieza integral componente de los bordes frontales y está dotada con una sección en forma de banda o fleje (200c, 201c) que establece contacto con la pared lateral del timón o que está integrada en ésta, de manera que las secciones (200b, 201b) de ambas placas directrices (200, 201) que se encuentran en la zona de los bordes frontales (11, 21) presentan una constitución en forma de caperuza (200a, 201a), de manera que la pared lateral del lado de babor de la sección superior (10) de la pala del timón presenta la placa directriz (200) y la pared lateral de la sección inferior (20) y la pala del timón que se encuentra en el lado de estribor presenta la placa directriz (201), de manera que dichas placas directrices (200, 201) están dispuestas en la zona de transición de la sección superior (10) de la pala del timón y de la sección inferior (20) de la pala del timón, de manera tal que las secciones en forma de banda o fleje (200c, 201c) se encuentran en las paredes laterales de la pala del timón y recubren la zona de transición, de manera que las secciones (200b, 201b) de las placas directrices (200, 201) dirigidas hacia la hélice (115) se encuentran en la zona de los bordes frontales (11, 21).