Sistema de propulsión de buque para un vehículo de acuático.

Sistema de propulsión de buque (1) para un vehículo acuático, que comprende:

- al menos una hélice de buque (2; 2a, 2b), con la que se puede generar una fuerza de accionamiento para elvehículo acuático;

- un motor eléctrico 6; 6a, 6b), cuyo rotor está acoplado mecánicamente a través de un árbol (7)directamente con la al menos una hélice de buque (2; 2a, 2b), de manera que a través de una rotación delrotor se puede desplazar la al menos una hélice del buque (2; 2a, 2b) en un movimiento giratoriocorrespondiente;

caracterizado porque

- para la refrigeración del rotor del motor eléctrico (6; 6a, 6b) está previsto un termosifón dispuesto en el árbol(7), de manera que la hélice de buque (2; 2a, 2b) sirve como sumidero de calor para un medio de trabajodel termosifón.

Sistema de propulsión de buque para un vehículo acuático La invención se refiere a un sistema de propulsión de buque para un vehículo acuático, que comprende al menos una hélice de buque, con la que se puede generar una fuerza de propulsión para el vehículo acuático. El sistema de propulsión de la hélice de buque se realiza a través de un motor eléctrico, cuyo rotor está acoplado mecánicamente a través de un árbol directamente con la al menos una hélice de buque, de manera que a través de la rotación del rotor se puede desplazar la al menos una hélice de buque en un movimiento giratorio correspondiente.

Un sistema de propulsión de buque de este tipo se conoce, por ejemplo, a partir del documento 2004/0248479 A1.

Por una conexión directa del motor eléctrico con la hélice de buque, que se designa también como propulsor, se entiende en el marco de la presente descripción una técnica de accionamiento sin transmisión. La modificación del número de revoluciones de la hélice del buque se realiza solamente a través de la modificación del número de revoluciones del motor. Una realización de este tipo presenta la ventaja de que no es necesaria una transmisión entre el motor y la hélice del buque y los motores de accionamiento necesarios para la hélice del buque no siempre deben trabajar con número total de revoluciones, cuando éste no se necesita en la hélice del buque. Para la realización de sistemas de propulsión de buques de este tipo son necesarios motores eléctricos eficientes y potentes con alta densidad de potencia. A este respeto hay que tener en cuenta que la alta densidad de potencia del motor de accionamiento o no obtenga a costa de un rendimiento empeorado o una estabilidad más reducida.

Se conoce a partir de la publicación “Moderne elektrische Schiffsantriebe” de H. Mrugowski, 10º Symposium Maritime Electronik, Rostock, 2001, Tagungsband Arbeitskreis Energie- und Steuerungstechnik, páginas 63 a 66, un sistema de propulsión de buques del tipo descrito anteriormente. El sistema de propulsión de buques está configurado como sistema de propulsión de góndola o sistema de propulsión POD. Un sistema de propulsión de góndola o de POD de este tipo presenta propiedades mejoradas de maniobra para buques grandes. A este respecto, el motor eléctrico para el accionamiento de las hélices del buque está alojado en una góndola dispuesta de forma giratoria debajo de la popa del buque, siendo alimentado el motor eléctrico a través de líneas de alimentación flexibles o anillos colectores. Para la mejora del rendimiento en el caso de cavitación reducida y formación de ruido, se propone en la publicación prever dos propulsores dispuestos uno detrás del otro y que trabajan en sentido contrario con respecto a la acción de torsión en la góndola. En una variante, un motor síncrono excitado de forma permanente alojado en la góndola acciona las dos hélices del buque con gradiente opuesto. En otra variante, para el diseño óptimo de las hélices del buque que están dispuestas una detrás de la otra se propone prever en la góndola una cascada de máquina formada por una máquina asíncrona y por una máquina síncrona alojada de forma giratoria. El rotor de la máquina asíncrona está conectado en este caso fijamente con la hélice trasera del buque y con el inducido de la máquina síncrona, en cambio el rotor que lleva el sistema polar de la máquina síncrona está conectado con la hélice delantera del buque. Esto se representa de forma esquemática en la figura 3 de la publicación.

Por lo tanto, el cometido de la presente invención es indicar un sistema de propulsión de buques, en el que se pueden emplear motores eléctricos con gran densidad de potencia, que presentan un alto rendimiento y una alta estabilidad.

Este cometido se soluciona a través de un sistema de propulsión de buque con las características de la reivindicación 1 de la patente. Las configuraciones ventajosas de la invención se reproducen en las reivindicaciones dependientes de la patente.

El sistema de propulsión de buques de acuerdo con la invención para un vehículo acuático comprende al menos una hélice de buque, con la que se puede generar una fuerza de accionamiento para el vehículo acuático. El sistema de propulsión del buque comprende, además, un motor eléctrico, cuyo rotor está acoplado mecánicamente a través de un árbol directamente con la al menos una hélice del buque, de manera que a través de una rotación del rotor se puede desplazar la al menos una hélice de buque en un movimiento giratorio correspondiente. El sistema de propulsión del buque se caracteriza porque para la refrigeración del rotor del motor eléctrico está previsto un termosifón dispuesto en el árbol, de manera que la hélice del buque sirve como sumidero de calor para un medio de trabajo del termosifón.

La invención aprovecha la circunstancia de que en motores eléctricos una refrigeración del rotor conduce a una elevación del rendimiento. En el sistema de propulsión de buques de acuerdo con la invención, se provoca la refrigeración del motor eléctrico a través de un termosifón en el árbol del rotor. A través de la refrigeración del árbol se refrigera también el rotor del motor eléctrico, con lo que resulta la elevación deseada del rendimiento. El calor descargado desde el rotor es cedido a través del termosifón a la hélice del buque colocada en el agua, de manera que la hélice del buque sirve o bien está diseñada como condensador.

Los componentes necesarios para la refrigeración del motor eléctrico están libres de mantenimiento y se pueden emplear siempre allí donde en un sistema de propulsión de buque un motor eléctrico está conectado directamente con una hélice de buque o bien con un propulsor. Éste es el caso, en general, en los conceptos de sistema de propulsión POD ya mencionados al principio, en sistemas de propulsión de submarinos, etc. En virtud de la hélice del buque dispuesta en su medio de refrigeración resulta una disipación de calor excelente. Además, resulta la ventaja de una temperatura reducida del arrollamiento, de manera que se pueden emplear para los arrollamientos también resinas fundidas más económicas con una clase de temperatura más reducida. De esta manera, se pueden reducir los costes del sistema de propulsión del buque.

De acuerdo con una configuración ventajosa, para la configuración del termosifón en el árbol está prevista una escotadura que se extiende en la dirección longitudinal, en la que puede circular el medio de trabajo en virtud de una modificación del estado de agregación entre líquido y gaseoso. A este respecto, es conveniente que la escotadura se extiende sobre toda la anchura del rotor del motor eléctrico, para que se pueda realizar una entrada de calor de la mejor calidad posible en el medio de trabajo en el termosifón. Además, también es ventajoso que la escotadura esté configurada en la zona de los lugares de cojinete del motor eléctrico. Adicionalmente a la refrigeración del rotor se igualan y se reducen también las temperaturas de los cojinetes en los lugares de los cojinetes de la sección de accionamiento, con lo que se eleva la duración de vida útil de estas piezas de descarga altamente cargadas.

En una configuración, el árbol presenta una sección central y al menos una sección extrema, que está conectada fijamente con la sección central y en la que está fijada la al menos una hélice del buque, estando configurada de forma cilíndrica la escotadura en la sección central y estando configurada de forma cónica la escotadura en la al menos una sección extrema. A través de esta configuración se asegura la circulación del medio de trabajo que presenta diferentes estados del equipo en el funcionamiento del sistema de propulsión del buque. La circulación del medio de trabajo en la escotadura no se posibilita, en oposición a termosifones convencionales, a través de fuerzas capilares, sino a través de fuerzas de rotación. A tal fin, es necesaria la forma cónica de la escotadura en la al menos una sección extrema del árbol para comprimir el medio de trabajo condensado de retorno en la dirección del rotor del motor eléctrico.

Una configuración concreta prevé que el motor eléctrico y al menos una parte de una sección central del árbol estén dispuestos de una manera hermética a fluido en una parte de la carcasa, en particular en un góndola de la carcasa, estando configurada la al menos una sección extrema fuera de la parte de la carcasa. Se entiende que en la zona, en la que el árbol atraviesa la parte de la carcasa, están previstos unos medios de obturación correspondientes, para impedir la penetración de agua en el interior de la parte de la carcasa,... [Seguir leyendo]

1. Sistema de propulsión de buque (1) para un vehículo acuático, que comprende:

- al menos una hélice de buque (2; 2a, 2b) , con la que se puede generar una fuerza de accionamiento para el vehículo acuático;

- un motor eléctrico 6; 6a, 6b) , cuyo rotor está acoplado mecánicamente a través de un árbol (7) directamente con la al menos una hélice de buque (2; 2a, 2b) , de manera que a través de una rotación del rotor se puede desplazar la al menos una hélice del buque (2; 2a, 2b) en un movimiento giratorio correspondiente;

caracterizado porque

- para la refrigeración del rotor del motor eléctrico (6; 6a, 6b) está previsto un termosifón dispuesto en el árbol (7) , de manera que la hélice de buque (2; 2a, 2b) sirve como sumidero de calor para un medio de trabajo del termosifón.

2. Sistema de propulsión de buque de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque para la configuración del termosifón en el árbol (7) está prevista una escotadura (8; 8a, 8b) que se extiende en dirección longitudinal, en la que el medio de trabajo puede circular en virtud de una modificación del estado de agregación entre líquido y gaseoso.

3. Sistema de propulsión de buque de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque la escotadura (8; 8a, 8b) se extiende sobre toda la anchura del rotor del motor eléctrico (6; 6a, 6b) .

4. Sistema de propulsión de buque de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado porque la escotadura (8; 8a, 8b) está configurada en la zona de lugares de cojinetes (12, 13; 12a, 13a, 12b, 13b) del motor eléctrico (6; 6a, 6b) .

5. Sistema de propulsión de buque de acuerdo con una de las reivindicaciones 2 a 4, caracterizado porque el árbol

(7) presenta una sección central (9; 9a, 9b) y al menos una sección extrema (10; 10a, 10b) , que está conectada fijamente con la sección central (9; 9a, 9b) y en la que está fijada al menos una hélice de buque (2; 2a, 2b) , estando configurada cilíndrica la escotadura (8; 8a, 8b) en la sección central (9; 9a, 9b) y estando configurada cónica la escotadura (8; 8a, 8b) en la al menos una sección extrema (10; 10a, 10b) .

6. Sistema de propulsión de buque de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizado porque el motor eléctrico (6; 6a, 6b) y al menos una parte de una sección central (9; 9a, 9b) del árbol (7) están dispuestas de forma hermética a fluido en una parte de la carcasa (3) , en particular de una góndola de carcasa, estando configurada la al menos una sección extrema (10; 10a, 10b) fuera de la parte de la carcasa (3) .

7. Sistema de propulsión de buque de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado porque en la escotadura cónica (8; 8a, 8b) de la al menos una sección extrema (10; 10a, 10b) está previsto un dispositivo con radios que se extienden radialmente desde un cubo central, para mejorar la formación de una película de condensado del medio de trabajo en la pared cónica de la sección extrema (10; 10a, 10b) .

8. Sistema de propulsión de buque de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el diámetro de la escotadura (8; 8a, 8b) , en particular en la sección central (9; 9a, 9b) , está en relación con el diámetro del árbol (7) , de tal manera que se puede transmitir al menos un par motor predeterminado a la al menos una hélice del buque (2; 2a, 2b) .

9. Sistema de propulsión de buque de acuerdo con una de las reivindicaciones 2 a 8, caracterizado porque la pared de la escotadura (8; 8a, 8b) es rugosa.

10. Sistema de propulsión de buque de acuerdo con una de las reivindicaciones 2 a 9, caracterizado porque el medio de trabajo se introduce en la escotadura (8, 8a, 8b) en vacío y a través de la previsión de medios de obturación está dispuesto de forma duradera libre de pérdidas en la escotadura (8; 8a, 8b) .

11. Sistema de propulsión de buque de acuerdo con una de las reivindicaciones 2 a 10, caracterizado porque como medio de trabajo está previsto un refrigerante, en particular agua, FC72, R124a, R600a, isobutano, con una temperatura de evaporación inferior a 100ºC.

12. Sistema de propulsión de buque de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el motor eléctrico (6; 6a, 6b) está dispuesto en una góndola, en el que la góndola está conectada mecánicamente con un casco del vehículo acuático, y en particular de forma giratoria con respecto al casco.

13. Sistema de propulsión de buque de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque en los dos extremos opuestos del árbol (7) está prevista, respectivamente, una de las secciones extremas (10; 10a,

10b) , en las que está dispuesta en cada caso una hélice de buque (2; 2a, 2b) .

14. Sistema de propulsión de buque de acuerdo con la reivindicación 13, caracterizado porque las dos hélices del buque (2; 2a, 2b) dispuestas en el árbol (7) están configuradas de tal forma que ésta están configuradas como propulsores que trabajan en sentido opuesto con respecto a la acción de torsión.

15. Sistema de propulsión de buque de acuerdo con la reivindicación 13 ó 14, caracterizado porque a cada una de las hélices del buque (2a, 2b) está asociado un motor eléctrico (6a, 6b) , actuando los motores eléctricos (6a, 6b) especialmente sobre un árbol común (7) .

16. Sistema de propulsión de buque de acuerdo con una de las reivindicaciones 13 a 15, caracterizado porque en el árbol común (7) están previstos termosifones separados funcionalmente unos de los otros, que están asociados a uno de los motores eléctricos (6; 6a, 6b) .