Dispositivo de timón para embarcaciones de gran velocidad con un timón torsionado,

con reductor de cavitación,que comprende una pala de timón con una hélice (115) asociada a la pala del timón y dispuesta sobre un eje motriz(PA), así como un eje de timón (140) unido a la pala de timón (100), en el que el dispositivo de timón (200)

a) está formado por una pala de timón (100) que presenta un perfil delgado con un reducido grosor compuestade dos segmentos de pala (10, 20) con la misma altura o con alturas diferentes, dispuestos uno encima deotro, con un segmento de pala inferior (20) que tiene una altura reducida con respecto a la altura delsegmento de pala superior (10) y con bordes de ataque (11, 21) dirigidos hacia la hélice (115) quepresentan un perfil aproximadamente de forma semicircular y que están posicionados de tal manera que unborde de ataque (11) está desplazado lateralmente hacia babor (BB) o estribor (SB) y el otro borde deataque (21) está desplazado lateralmente hacia estribor (SB) o babor (BB) con respecto a la línea medialongitudinal (LML) de la pala del timón (100), y en el que las superficies de las paredes laterales (12, 13; 22,23) de ambos segmentos de pala de timón (10, 20) convergen en un borde final (15) dirigido en alejamientode la hélice (115),

a1) en el que ambos bordes de ataque (11, 21) y el borde final (15) se extienden hacia abajo estrechándosede forma cónica y reduciendo las superficies en sección transversal (30) desde la zona superior (OB) hastala zona inferior (UB) de la pala del timón (100),

a2) o en el que el borde final (15) se extiende de forma rectilínea y en paralelo al eje (140) del timón y losdos bordes de ataque (11, 21) se extienden hacia abajo estrechándose de forma cónica y reduciendo eltamaño de las superficies en sección transversal (30) desde la zona superior (OB) hasta la zona inferior(UB),

a3) en el que dos segmentos de pared lateral rectilíneas (16; 17; 26, 27) presentan por pares la misma longitud y las secciones transversales situadas entre ambos segmentos de pared lateral (16, 17; 26, 27)tienen el mismo tamaño y están conformadas de forma simétrica,

a4) en el que la distancia entre un segmento de pared lateral (18; 28) que se extiende en forma de arcoplano con respecto a la línea media longitudinal (LML) es mayor que la distancia entre un segmento depared lateral (19; 29) que se extiende de forma muy arqueada con respecto a la línea media longitudinal(LML), y las secciones transversales situadas a ambos lados de la línea media longitudinal (LML) entre losdos segmentos de pared lateral (18; 28) que se extienden en forma de arco plano están conformadas deforma asimétrica, y

b) está formado por un eje de timón (140) con, como mínimo, un cojinete el cual actúa en sinergia funcionalcon la pala del timón (100), y

b1) en el que el eje (140) del timón está dispuesta juntamente con el tubo de limera (120), en el que sealoja, en la zona del mayor grosor de perfil (PD) o entre ésta y los bordes de ataque del segmento de palasuperior (10) y se extiende con su dispositivo de fijación (145) en el extremo a través de toda la altura delsegmento de pala superior (10),

b2) en el que el tubo de limera (120), profundamente hundido en el segmento de pala superior (10), para eleje (140) del timón está dotado, a modo de brazo voladizo, con un orificio interno longitudinal (125) en elcentro para recibir el eje (140) del timón,

b3) en el que la sección transversal del tubo de limera está realizada con paredes delgadas y el tubo delimera (120) presenta en el lado de la pared interior un cojinete de cuello (130) para recibir el eje (140) deltimón, y

b4) en el que el eje (140) del timón sobresale en su zona final (140b) con un tramo (140a) del tubo delimera (120) y está unido en el extremo de este tramo (140a) con el segmento de pala superior (10),caracterizado porque

c) las secciones transversales (31) de los segmentos de pala superior (10) e inferior (20) presentan en la zonacomprendida entre el borde final (15) y el mayor grosor de perfil (PD) de la pala del timón (100) una longitud(L) que corresponde como mínimo a 1 ½ veces la longitud (L1) de las secciones transversales (32) de lossegmentos de pala superior (10) e inferior (20) entre la zona de mayor grosor del perfil (PD) de la pala deltimón (100) y los bordes de ataque (11, 21),

c1) el segmento de pala superior (10) presenta a babor (BB) y el segmento de pala inferior (20) presenta aestribor (SB) sendos segmentos de pared lateral (18, 28) que se extienden en forma de arco plano desdelos bordes de ataque (11, 21) en dirección al borde final (15) con una longitud (L2) que corresponde a lalongitud (L'2) del segmento de pared lateral (18) desde los bordes de ataque (11, 21) hasta la zona demayor grosor de perfil (PD) más una longitud (L''2) que corresponde, como mínimo, a 1/3 de la longitud (L'2),

estando dispuesto a continuación del segmento de pared lateral (18, 28) en forma de arco plano elsegmento de pared lateral (16, 26) rectilíneo que termina en el borde final , y

c2) el segmento de pala superior (10) presenta a estribor (SB) y el segmento de pala inferior (20) presentaa babor (BB) sendos segmentos de pared lateral (19, 29) fuertemente arqueados que se extienden desdelos bordes de ataque (11, 21) en dirección al borde final (15) con una longitud (L3) que se extiende a lolargo de una longitud (L'3) del segmento de pared lateral (19) desde los bordes de ataque (11, 21) hasta lazona de mayor grosor de perfil (PD) más una longitud (L''3) que corresponde, como mínimo, a 1/3 de lalongitud (L'3), estando dispuesto a continuación del segmento de pared lateral (19, 29) fuertementearqueado el segmento de pared lateral rectilínea (17, 27) que termina en el borde final (15).

Dispositivo de timón para embarcaciones de gran velocidad, con un timón reductor de la cavitación, torsionado, en especial completamente suspendido La invención se refiere a un dispositivo de timón para embarcaciones de gran velocidad, con timón reductor de cavitación, torsionado, en especial completamente suspendido, 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 aleta articulada, son conocidos en diferentes formas de realización. Se conoce asimismo timones de embarcación con una pala de timón torsionada que consta de dos segmentos de pala de timón dispuestos uno encima de otro, cuyos bordes de ataque dirigidos hacia la hélice están desplazados lateralmente de tal manera que uno de los bordes de ataque está desplazado hacia babor y el otro está desplazado hacia estribor.

Un dispositivo de timón de este tipo genérico se conoce por los documentos EP 1 857 358 A2 o DE 20 2004 021

500.

Así, por ejemplo, el documento JP (A) Sho 58-30896 describe un timón para embarcaciones que presenta una pala de timón torsionada que consiste en una parte superior y una parte inferior, en la que ambas partes están torsionadas en dirección hacia la hélice de tal manera que solamente las zonas de los bordes de ataque de ambas partes están desplazadas lateralmente, mientras que, por el contrario, las zonas de ambas partes que se extienden hacia los bordes finales presentan la misma forma de sección transversal y las mismas dimensiones de dicha sección transversal.

Por el documento GB 332.082 se da a conocer asimismo un timón para embarcaciones con una pala de timón torsionada, en la que las zonas de perfil dirigidas hacia la hélice, es decir, los bordes de ataque, están desplazados lateralmente hacia estribor y hacia babor, de manera que los bordes de ataque están conformados acabando en punta. El perfil en sección de ambos segmentos de pala está conformado de tal forma que las superficies de las paredes laterales a babor y a estribor de ambos segmentos de pala se extienden sin curvatura, es decir, de forma rectilínea de los bordes finales hasta los bordes de ataque curvados lateralmente, de manera que las superficies de las paredes laterales no presentan zona alguna arqueada hacia el exterior con diferentes radios de curvatura. Adicionalmente, la conformación del perfil de la pala del timón es de tal manera que ambas secciones transversales de ambos segmentos de pala dispuestos uno encima de otro tienen las mismas dimensiones y se extienden a lo largo de toda la altura de la pala del timón. Debido a los bordes de ataque que acaban en punta, se constituyen rebajes de canto agudo que están expuestos a la cavitación y a la destrucción. Con la conformación del perfil de este timón, se pretende conseguir una mejora de la propulsión.

Las velocidades de las embarcaciones modernas aumentan de manera continua. Con las elevadas velocidades de flujo relacionadas con las velocidades más altas de las embarcaciones, aumentan las cargas ejercidas sobre la hélice y sobre el timón. Debido a la simetría del perfil de las palas de timón conocidas, se generan zonas de baja presión en la superficie del timón, que dan lugar a las cavitaciones y, por lo tanto, a las erosiones. La cavitación se produce en los puntos de la pala de timón en los que la corriente se acelera de manera extrema. La fuerte corriente de rotación de la hélice choca en esta situación a una velocidad elevada sobre la superficie de la pala del timón. Por esta fuerte aceleración, la presión estática disminuye por debajo de la presión de vapor del agua, por lo que se forman 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.

El objetivo de la presente invención consiste en 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 torsionados, en las que se evitan los efectos de la erosión en la pala del timón por la formación de cavitación, en especial cuando su utilizan embarcaciones rápidas con hélices sometidas a elevadas cargas, y en las que se prevé un apoyo del eje del timón en el que el tubo de limera introducido en la pala del timón transmite las fuerzas del timón directamente al cuerpo de la embarcación a través de un cojinete de cuello integrado en el lado del fondo, teniendo lugar la transmisión de fuerza a través de un brazo voladizo, como esfuerzo de flexión puro sin momentos de torsión. Además, las fuerzas que actúan sobre las zonas inferiores de la pala del timón y que son generadas por el flujo de salida de la hélice que presenta velocidades muy elevadas han de ser contrarrestadas y la pala del timón ha de ser equilibrada sin que se produzcan daños en los cojinetes para el eje del timón.

Este objetivo se consigue con un dispositivo de timón del tipo descrito anteriormente mediante la sinergia funcional de una pala de timón completamente suspendida, torsionada y un apoyo especial para el eje del timón con las características indicadas en la reivindicación 1.

Según ésta, el dispositivo de timón de la invención está conformado de tal manera: que las secciones transversales del segmento de pala superior y del segmento de pala inferior presentan en la zona entre el borde final y el mayor grosor de perfil de la pala del timón una longitud que corresponde, como mínimo, a 1 ½ veces la longitud de los secciones transversales del segmento de pala superior y del segmento de pala inferior entre el mayor grosor de perfil de la pala del timón y los bordes de ataque, que el segmento de pala superior se extiende a babor y el segmento de pala inferior se extiende a estribor con sendos segmentos de pared lateral en forma de arco plano que se extienden de los bordes de ataque en dirección a los bordes finales, respectivamente, con una longitud que se extiende por toda la longitud de los segmentos de pared lateral de los bordes de ataque hasta el mayor grosor de perfil más una longitud que corresponde, como mínimo, a 1/3 de la longitud, siguiendo al segmento de pared lateral que se extiende en forma de arco plano un segmento de pared lateral que se extiende de forma rectilínea y termina en el borde final, y que el segmento de pala superior se extiende a estribor y el segmento de pala inferior se extiende a babor con sendos segmentos de pared lateral fuertemente arqueados que se extienden de los bordes de ataque en dirección a los bordes finales, respectivamente, con una longitud que se extiende por toda la longitud de los segmentos de pared lateral de los bordes de ataque hasta el mayor grosor de perfil más una longitud que corresponde, como mínimo, a 1/3 de la longitud, siguiendo al segmento de pared lateral fuertemente arqueado un segmento de pared lateral que se extiende de forma rectilínea y termina en el borde final.

Sorprendentemente se ha mostrado que debido a la conformación, según la invención, de la pala de timón torsionada como pala completamente suspendida con su reducido grosor de perfil y el apoyo del eje del timón en la zona de mayor grosor de perfil en el segmento superior de la pala de timón, el segmento de pala inferior presenta un perfil delgado de manera que, a pesar de las altas velocidades del flujo de salida de la hélice que incide sobre la pala del timón, sea posible equilibrar dicha pala de timón sin esfuerzo adicional, aún cuando ésta presente grandes dimensiones, lo cual se puede conseguir sólo mediante la sinergia funcional de la pala de timón torsionada con el apoyo de la pala del timón, pero no se puede conseguir con otras conformaciones de la pala del timón y los apoyos para el eje del timón.

Con la invención se crea un dispositivo de timón, es decir un sistema de dos componentes, concretamente una pala de timón torsionada y un eje de timón, apoyado de forma especial, que actúa en sinergia funcional con la misma. Este dispositivo de timón constituye la solución técnica que se ha encontrado de forma sorprendente para construir palas grandes y más grandes de timones completamente suspendidos. El tubo de limera hundido profundamente en el segmento superior de la pala del timón transmite las fuerzas del timón directamente al cuerpo de la embarcación a través del cojinete de cuello integrado en la zona inferior del... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo de timón para embarcaciones de gran velocidad con un timón torsionado, con reductor de cavitación, que comprende una pala de timón con una hélice (115) asociada a la pala del timón y dispuesta sobre un eje motriz (PA) , así como un eje de timón (140) unido a la pala de timón (100) , en el que el dispositivo de timón (200)

a) está formado por una pala de timón (100) que presenta un perfil delgado con un reducido grosor compuesta de dos segmentos de pala (10, 20) con la misma altura o con alturas diferentes, dispuestos uno encima de otro, con un segmento de pala inferior (20) que tiene una altura reducida con respecto a la altura del segmento de pala superior (10) y con bordes de ataque (11, 21) dirigidos hacia la hélice (115) que presentan un perfil aproximadamente de forma semicircular y que están posicionados de tal manera que un borde de ataque (11) está desplazado lateralmente hacia babor (BB) o estribor (SB) y el otro borde de ataque (21) está desplazado lateralmente hacia estribor (SB) o babor (BB) con respecto a la línea media longitudinal (LML) de la pala del timón (100) , y en el que las superficies de las paredes laterales (12, 13; 22, 23) de ambos segmentos de pala de timón (10, 20) convergen en un borde final (15) dirigido en alejamiento de la hélice (115) , a1) en el que ambos bordes de ataque (11, 21) y el borde final (15) se extienden hacia abajo estrechándose de forma cónica y reduciendo las superficies en sección transversal (30) desde la zona superior (OB) hasta la zona inferior (UB) de la pala del timón (100) , a2) o en el que el borde final (15) se extiende de forma rectilínea y en paralelo al eje (140) del timón y los dos bordes de ataque (11, 21) se extienden hacia abajo estrechándose de forma cónica y reduciendo el tamaño de las superficies en sección transversal (30) desde la zona superior (OB) hasta la zona inferior (UB) , a3) en el que dos segmentos de pared lateral rectilíneas (16; 17; 26, 27) presentan por pares la misma longitud y las secciones transversales situadas entre ambos segmentos de pared lateral (16, 17; 26, 27) tienen el mismo tamaño y están conformadas de forma simétrica, a4) en el que la distancia entre un segmento de pared lateral (18; 28) que se extiende en forma de arco plano con respecto a la línea media longitudinal (LML) es mayor que la distancia entre un segmento de pared lateral (19; 29) que se extiende de forma muy arqueada con respecto a la línea media longitudinal (LML) , y las secciones transversales situadas a ambos lados de la línea media longitudinal (LML) entre los dos segmentos de pared lateral (18; 28) que se extienden en forma de arco plano están conformadas de forma asimétrica, y b) está formado por un eje de timón (140) con, como mínimo, un cojinete el cual actúa en sinergia funcional con la pala del timón (100) , y b1) en el que el eje (140) del timón está dispuesta juntamente con el tubo de limera (120) , en el que se aloja, en la zona del mayor grosor de perfil (PD) o entre ésta y los bordes de ataque del segmento de pala superior (10) y se extiende con su dispositivo de fijación (145) en el extremo a través de toda la altura del segmento de pala superior (10) , b2) en el que el tubo de limera (120) , profundamente hundido en el segmento de pala superior (10) , para el eje (140) del timón está dotado, a modo de brazo voladizo, con un orificio interno longitudinal (125) en el centro para recibir el eje (140) del timón, b3) en el que la sección transversal del tubo de limera está realizada con paredes delgadas y el tubo de limera (120) presenta en el lado de la pared interior un cojinete de cuello (130) para recibir el eje (140) del timón, y b4) en el que el eje (140) del timón sobresale en su zona final (140b) con un tramo (140a) del tubo de limera (120) y está unido en el extremo de este tramo (140a) con el segmento de pala superior (10) , caracterizado porque c) las secciones transversales (31) de los segmentos de pala superior (10) e inferior (20) presentan en la zona comprendida entre el borde final (15) y el mayor grosor de perfil (PD) de la pala del timón (100) una longitud (L) que corresponde como mínimo a 1 ½ veces la longitud (L1) de las secciones transversales (32) de los segmentos de pala superior (10) e inferior (20) entre la zona de mayor grosor del perfil (PD) de la pala del timón (100) y los bordes de ataque (11, 21) , c1) el segmento de pala superior (10) presenta a babor (BB) y el segmento de pala inferior (20) presenta a estribor (SB) sendos segmentos de pared lateral (18, 28) que se extienden en forma de arco plano desde los bordes de ataque (11, 21) en dirección al borde final (15) con una longitud (L2) que corresponde a la longitud (L'2) del segmento de pared lateral (18) desde los bordes de ataque (11, 21) hasta la zona de mayor grosor de perfil (PD) más una longitud (L''2) que corresponde, como mínimo, a 1/3 de la longitud (L'2) , estando dispuesto a continuación del segmento de pared lateral (18, 28) en forma de arco plano el segmento de pared lateral (16, 26) rectilíneo que termina en el borde final 15, y c2) el segmento de pala superior (10) presenta a estribor (SB) y el segmento de pala inferior (20) presenta a babor (BB) sendos segmentos de pared lateral (19, 29) fuertemente arqueados que se extienden desde los bordes de ataque (11, 21) en dirección al borde final (15) con una longitud (L3) que se extiende a lo largo de una longitud (L'3) del segmento de pared lateral (19) desde los bordes de ataque (11, 21) hasta la zona de mayor grosor de perfil (PD) más una longitud (L''3) que corresponde, como mínimo, a 1/3 de la longitud (L'3) , estando dispuesto a continuación del segmento de pared lateral (19, 29) fuertemente arqueado el segmento de pared lateral rectilínea (17, 27) que termina en el borde final (15) .

2. Dispositivo de timón, según la reivindicación 1, caracterizado porque entre el segmento de pala superior (10) y el segmento de pala inferior (20) está dispuesta una placa de fijación (45) que está fijamente unida a los segmentos de pala (10, 20) , presentando dicha placa de fijación (45) secciones transversales simétricas (46, 47) a ambos lados de la línea media longitudinal (LML) y un perfil de superficie así como dimensiones que recubren con sus perfiles y dimensiones la placa de base (42) del segmento de pala superior (10) y la placa de cubierta (41) del segmento de pala inferior (20) .

3. Dispositivo de timón, según una de las reivindicaciones anteriores 1 ó 2, caracterizado porque el borde de ataque

(11) del segmento de pala superior (10) y el borde de ataque (21) del segmento de pala inferior (20) están desplazados lateralmente a babor (BB) y a estribor (SB) con respecto a la línea media longitudinal (LML) de tal manera que la línea media (M2) trazada a través de los segmentos de los bordes de ataque desviados lateralmente se extiende en un ángulo a de, como mínimo, 3º a 10º, pero también en un ángulo superior, de modo preferente 8º con respecto a la línea media longitudinal (LML) de la sección transversal de un travesaño.

4. Dispositivo de timón, según una de las reivindicaciones anteriores 1 a 3, caracterizado porque los segmentos de pared lateral en forma de arco plano (18, 28) , situados a babor (BB) y a estribor (SB) , de los segmentos de pala superior (10) e inferior (20) tienen una longitud (L4) reducida con respecto a la longitud (L5) de los segmentos de pared lateral fuertemente arqueados (19, 29) , situados a estribor (SB) y a babor (BB) , de los segmentos de pala superior (10) e inferior (20) .

5. Dispositivo de timón, según una de las reivindicaciones anteriores 1 a 4, caracterizado porque la longitud de arco (BL1) de los segmentos de pared lateral fuertemente arqueados (19, 29) de los segmentos de pala superior (10) e inferior (20) es mayor que la longitud de arco (BL) de los segmentos de pared lateral en forma de arco plano (18, 28) de los segmentos de pala superior (10) e inferior (20) , de manera que las zonas de transición (ÜB1) de los segmentos de pared lateral fuertemente arqueada (19, 29) de los segmentos de pala superior (10) e inferior (20) están desplazadas en dirección al borde final con respecto a los segmentos de pared lateral (17, 27) que seextienden de forma rectilínea hacia el borde final (15) , y las zonas de transición (ÜB) de los segmentos de pared lateral en forma de arco plano (18, 28) de los segmentos de pala superior (10) e inferior (20) están desplazadas en dirección al borde final con respecto a los segmentos de pared lateral (16, 26) que se extienden de forma rectilínea hacia el borde final (15) .

6. Dispositivo de timón, según una de las reivindicaciones anteriores 1 a 5, caracterizado porque el diámetro de la perforación (105) o el orificio en el segmento de pala superior (10) para recibir el tubo de limera (120) es algo más pequeño que el mayor grosor de perfil (PD) del segmento de pala (10) .

7. Dispositivo de timón, según una de las reivindicaciones anteriores 1 a 6, caracterizado porque el canto o borde de ataque (11, 21) de la pala del timón (100) que está dirigido hacia la hélice (115) se extiende oblicuamente en un ángulo º de, como mínimo 5º, preferentemente 10º con respecto al canto o borde final (15) dirigido en alejamiento de la hélice (115) .

8. Dispositivo de timón, según una de las reivindicaciones anteriores 1 a 7, caracterizado porque el eje (140) del timón y el tubo de limera (120) están realizados en acero de forja.

9. Dispositivo de timón, según una de las reivindicaciones anteriores 1 a 8, caracterizado por una realización como timón completamente suspendido.