Una unidad de propulsión de agua de masa elevada a baja presión que incluye un impulsor de aguas arriba (4) y un impulsor de aguas abajo (5),

un alojamiento de la bomba (2), una entrada de agua (1) para comunicarse con el impulsor de aguas arriba (4) y una salida (3) para comunicarse con el impulsor de aguas abajo (5), estando montados los dichos impulsores (4, 5) en y, en uso, accionados por unos ejes (6, 6a) de manera que sean coaxiales unos con otros, dentro del alojamiento de la bomba (2); dichos impulsores (4, 5) están separados y se adaptan para ser girados dentro del alojamiento de la bomba (2) en direcciones opuestas, y en la que cada impulsor (4, 5) incluye una serie de palas del impulsor que se extienden radialmente desde un buje central, y las palas del impulsor de aguas arriba (4) son de paso opuesto a las palas del impulsor de aguas abajo (5), caracterizada porque, uno de los impulsores (4, 5) se dispone para transmitir menos energía al agua que el otro impulsor (4,5); y en la que el área transversal de la salida (3) es tal que en uso presenta una impedancia mínima al flujo de agua a través de la misma, dicha unidad de propulsión de agua no incluye entradas de aire entre los impulsores (4, 5)

CAMPO DE LA INVENCIÓN

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Esta invención se refiere en general a un aparato de propulsión por chorro de agua para la propulsión de barcos y otras embarcaciones y también a unas bombas fijas y a la generación hidroeléctrica, y más concretamente a una unidad de propulsión de agua de acuerdo con las características del preámbulo de la reivindicación independiente 1.

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ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Un dispositivo de propulsión por chorro de agua opera utilizando las fuerzas de reacción resultantes de impulsar una masa en una dirección creando así una fuerza igual y opuesta en la otra dirección. 15

Un chorro de alta presión produce su empuje básicamente en la sección de la boquilla en la parte posterior del dispositivo. Los impulsores que producen el empuje tienen un paso fino de manera que sean capaces de desarrollar una carga de presión, que a su vez cree un gran cambio en la velocidad a medida que el agua es forzada a través de una salida que se reduce rápidamente. La velocidad del agua por delante de la sección de 20 la boquilla en un chorro de agua que opera por encima de la línea de agua, no es la misma que la velocidad del agua del barco o embarcación. La velocidad del agua en la sección del impulsor y la toma está por debajo de la velocidad del barco, y así el cambio de velocidad se calcula a partir del cambio neto de la velocidad desde la toma hasta la salida de la boquilla, teniendo lugar el mayor cambio en esta última. 25

Otra forma de aparato de propulsión por chorro de agua consiste en una unidad que envía una masa considerable de agua a través de una boquilla de salida pero a una presión comparativamente baja. Tales dispositivos son conocidos comúnmente como unidad de masa elevada a baja presión.

Los sistemas de propulsión por chorro de agua tienen unos atributos 30 específicos para la característica referente al diseño de la unidad. Se sabe que los sistemas de propulsión por chorro de alta presión son especialmente eficaces operando en aguas poco profundas. Los defectos de un sistema de propulsión a chorro de alta presión sin embargo, se refieren generalmente a su operación a velocidad de lenta a media. Un chorro de agua requiere alta presión a fin de crear un cambio de velocidad en la sección de la 35 boquilla suficiente para producir un empuje utilizable. Para lograr esto, los sistemas

conocidos emplean un impulsor o impulsores inductores de presión de paso fino, a menudo seguido por una o varias secciones del estator y a continuación una boquilla de reducción. Los impulsores de paso fino van desde aproximadamente 11-20 grados, y por lo tanto tienen un coeficiente de avance reducido (relación entre la velocidad del barco y la velocidad periférica del impulsor). A revoluciones de impulsor lentas, desarrollan un 5 empuje relativamente bajo.

Un sistema de propulsión por chorro de agua tiene una velocidad de agua notablemente reducida por delante de la sección de la boquilla. El agua difunde en una sección de toma en frente del impulsor de aguas arriba, y a mediada que lo hace, se ralentiza. Esta ralentización del agua a medida que pasa por el cuerpo de la bomba reduce 10 las pérdidas por fricción. Los estatores (álabes supresores de turbulencias en el agua, situados aguas abajo de los impulsores) también representan un potencial para las pérdidas por fricción inaceptables si la velocidad del agua aguas arriba de los mismos se eleva demasiado. El uso de impulsores de coeficiente de avance bajo mantiene la velocidad baja, pero permite que se produzca una presión muy alta en la sección de la 15 boquilla. Aquí es donde tiene lugar el mayor cambio en la velocidad resultando en un empuje utilizable. Esto obliga a un sistema de chorro de alta presión a tener una configuración donde una masa relativamente baja de agua se acelera a velocidades muy altas en una sección de la boquilla, situada aguas abajo de todas estas estructuras.

Para un usuario que requiera tanto una velocidad del barco buena, así como 20 un control de velocidad lenta a revoluciones del motor bajas, el chorro de alta presión tiene limitaciones, ya que expulsa una masa relativamente baja de agua a una velocidad de penacho lenta. Donde se requieren bajas velocidades del impulsor y altos empuje del propulsor, el chorro de alta velocidad no es un buen sustituto para un sistema de hélice.

Por lo tanto se ha dirigido un desarrollo considerable hacia la mejora de la 25 eficacia de las unidades de propulsión por chorro de agua y en particular para proporcionar una unidad de propulsión que pueda actuar como un dispositivo de masa baja a alta presión y un dispositivo de masa elevada a baja presión efectivo.

TÉCNICA ANTERIOR 30

Un sistema de propulsión a chorro de alta presión se describe en la patente U.S. 3044260 (Hamilton). El sistema de Hamilton se caracteriza por unos impulsores que tienen un coeficiente de avance bajo. Un área en sección transversal de la boquilla que se reduce en gran medida resulta en un cambio muy grande en la velocidad del agua, y así se 35 produce el empuje.

Otras formas de bombas de alta presión se han descrito en la patente U.S. 3.269.111 (Brill) y 3.561.392 (Baez).

Una variedad de boquillas de descarga ajustables han sido descritas por ejemplo en la patente US 5.658.176, (Jordan) que muestra un dispositivo de control de la presión de la boquilla diseñado para optimizar la presión en una bomba de alta presión. 5 Jordan no define las condiciones necesarias para una eficacia óptima en una bomba de baja presión, se refiere a los "medios de bombeo que por la fuerza envían el agua a través de la boquilla impulsando así la nave..." (Columna 1 líneas 14-17). Esto se refiere claramente al empuje que se genera en la sección de la boquilla. La inclusión de una sección de estator también impide que este dispositivo sea una bomba de baja presión. 10

La patente U.S. 6.293.836 (Blanchard) describe una boquilla ajustable para una bomba de alta presión. En las líneas 27-29 de la columna 1 hay una referencia a que la presión se desarrolla en la boquilla, donde se dice: "una apertura menor también es deseable para la maniobra de baja velocidad, ya que resultaría en una mayor velocidad del flujo de agua saliente a unas rpm de motor bajas". 15

Ha habido un intento anterior para superar las limitaciones de los chorros de agua de alta presión. Las patentes US 5.634.832 (Davies) y 6.193.569 (Davies) describen un chorro de agua por encima de la línea de flotación que opera a bajas presiones. A diferencia de los chorros de presión tradicionales, donde el empuje se desarrolla en la sección de la boquilla, un chorro de baja presión produce un cambio en la velocidad 20 predominantemente a través de sus palas del impulsor. Utilizando las velocidades de toma de agua muy bajas por adelante de los impulsores, pueden lograrse grandes ganancias en la eficacia. A fin de estar en su punto de máxima eficacia, las contrapresiones de la bomba deben mantenerse tan bajas como sea posible, para permitir la mínima impedancia del agua acelerada a medida que abandona el impulsor de aguas abajo. Por lo tanto un 25 dispositivo de presión baja de este tipo no utiliza una salida estrechada para la boquilla que está en contraposición a la manera en que opera la sección de la boquilla de un chorro de alta presión.

Los impulsores contrarrotatorios también proporcionan un flujo recto o lineal a la salida, eliminando así la necesidad de estatores. Esto también significa que una vez 30 que el agua se ha acelerado a su velocidad terminal, no debería haber estructuras presentes que ralenticen la velocidad del agua. Una configuración de una estructura submarina se describe en la patente US 5.846.103 (Vamey et al.) que muestra una configuración de una bomba de chorro que está suspendida por debajo del barco, de manera que la toma está sometida a las velocidades de agua de la velocidad del barco. 35 DE 3942672 se refiere a una bomba de chorro de masa baja a alta presión con una sección

de la boquilla de chorro y dos impulsores. Cada impulsor puede ser accionado en direcciones opuestas o en la misma a velocidades diferentes o iguales utilizando una caja de engranajes situada en el centro. El objetivo es producir un chorro con flujo irrotacional, la boquilla le impide operar como dispositivo de masa elevada a baja presión, y el empuje se produce...

1. Una unidad de propulsión de agua de masa elevada a baja presión que incluye

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un impulsor de aguas arriba (4) y un impulsor de aguas abajo (5),

un alojamiento de la bomba (2),

una entrada de agua (1) para comunicarse con el impulsor de aguas arriba (4) y

una salida (3) para comunicarse con el impulsor de aguas abajo (5),

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estando montados los dichos impulsores (4, 5) en y, en uso, accionados por unos ejes (6, 6a) de manera que sean coaxiales unos con otros, dentro del alojamiento de la bomba (2); dichos impulsores (4, 5) están separados y se adaptan para ser girados dentro del alojamiento de la bomba (2) en direcciones opuestas, y en la que cada impulsor (4, 5) incluye una serie de palas del impulsor que se extienden radialmente desde un buje 15 central, y las palas del impulsor de aguas arriba (4) son de paso opuesto a las palas del impulsor de aguas abajo (5),

caracterizada porque, uno de los impulsores (4, 5) se dispone para transmitir menos energía al agua que el otro impulsor (4,5); y 20

en la que el área transversal de la salida (3) es tal que en uso presenta una impedancia mínima al flujo de agua a través de la misma,

dicha unidad de propulsión de agua no incluye entradas de aire entre los 25 impulsores (4, 5).

2. La unidad de propulsión de agua de la reivindicación 1, en la que el impulsor de aguas abajo (5) se adapta para eliminar una cantidad considerable de energía radial en el agua a medida que pasa por el impulsor de aguas abajo (5). 30

3. La unidad de propulsión de agua de la reivindicación 1 en la que se utiliza como una unidad de propulsión de embarcación.

4. La unidad de propulsión de agua de la reivindicación 1, en la que la unidad 35 se configura de manera que se controle la succión generada por el impulsor de aguas

abajo (5) en la zona (20) entre el impulsor de aguas arriba (4) y el impulsor de aguas abajo (5).

5. La unidad de propulsión de agua de la reivindicación 1, en la que el impulsor de aguas arriba (4) transmite una mayor energía al agua que el impulsor de 5 aguas abajo (5).

6. La unidad de propulsión de agua de la reivindicación 1, en la que uno de los impulsores (4, 5) se forma con menos palas que el otro impulsor (4, 5).

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7. La unidad de propulsión de agua de la reivindicación 6, en la que el impulsor de aguas arriba (4) tiene menos palas que el impulsor de aguas abajo (5).

8. La unidad de propulsión de agua de la reivindicación 1, en la que uno de los impulsores (4, 5) tiene palas de una configuración cerrada y el segundo impulsor (4, 5) 15 tiene palas de una configuración abierta.

9. La unidad de propulsión de agua de la reivindicación 1, en la que las palas de los impulsores de aguas arriba (4) y de aguas abajo (5) son de configuración abierta.

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10. La unidad de propulsión de agua de la reivindicación 1, en la que se deja una distancia entre las puntas de las palas de uno de los impulsores (4, 5) y la pared interior del alojamiento de la bomba (2).

11. La unidad de propulsión de agua de la reivindicación 1, en la que la 25 velocidad de rotación del impulsor de aguas abajo (5) es menor que la velocidad de rotación del impulsor de aguas arriba (4).

12. La unidad de propulsión de agua de la reivindicación 1, en la que ambos impulsores (4, 5) van montados en unos ejes contrarrotatorios concéntricos (6, 6a). 30

13. La unidad de propulsión de agua de la reivindicación 1, en la que los dos impulsores (4, 5) se accionan desde un único motor a través de un engranaje reductor para proporcionar la relación entre velocidades de rotación deseada entre los impulsores de aguas arriba (4) y de aguas abajo (5). 35

14. La unidad de propulsión de agua de la reivindicación 1, en la que se fija la relación entre las velocidades de rotación entre los impulsores de aguas abajo (5) y de aguas arriba (4).

15. La unidad de propulsión de agua de la reivindicación 13, en la que puede 5 modificarse la relación entre las velocidades de rotación entre los impulsores de aguas abajo (5) y de aguas arriba (4).

16. La unidad de propulsión de agua de la reivindicación 1, en la que cada impulsor (4, 5) es accionado por un motor distinto. 10

17. La unidad de propulsión de agua de la reivindicación 1, en la que el alojamiento de la toma (1) se abomba hacia afuera aguas arriba del impulsor de aguas arriba (4).

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18. La unidad de propulsión de agua de la reivindicación 1, en la que se proporcionan unos medios para variar el área transversal del interior del alojamiento de la bomba (2) entre los impulsores de aguas arriba (4) y de aguas abajo (5).

19. La unidad de propulsión de agua de la reivindicación 1, en la que se 20 proporcionan unos medios para variar el diámetro transversal de la salida (3).

20. La unidad de propulsión de agua de la reivindicación 18, en la que puede variarse el área transversal de la salida (3) hasta un tamaño óptimo para permitir que salga la máxima cantidad de agua de la unidad mientras se controla también la ventilación. 25

21. La unidad de propulsión de agua de la reivindicación 1, en la que los impulsores de aguas arriba (4) y de aguas abajo (5) presentan ambos una configuración de flujo axial.

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22. La unidad de propulsión de agua de la reivindicación 1, en la que el impulsor de aguas arriba (4) presenta una configuración de flujo mixto y el impulsor de aguas abajo (5) presenta una configuración de flujo axial.