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Title:
ACCELERATING NOZZLE FOR WATERCRAFT IN A FREE NAVIGATION CONDITION
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2013/178837
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an accelerating nozzle for watercraft in a free navigation condition. The invention provides improved performance in watercraft as a result of the nozzle wherein: the line containing the chord (9) of the contour of the nozzle intersects with the axis of symmetry of the lower cylindrical part of the nozzle, upstream of said nozzle; the difference between the outer radius of the nozzle and the inner radius is between 0.050D and 0.076D, D being the inner diameter of the nozzle; the outer surface (8) of the nozzle is cylindrical; and the inlet edge has a cross-sectional curvature radius of between 0.01019D and 0.004D. The nozzle forms part of a propulsion system which, in turn, forms part of a watercraft.

Inventors:
ROMERO VAZQUEZ JUAN JOSE (ES)
Application Number:
ES2012/070835
Publication Date:
December 05, 2013
Filing Date:
November 28, 2012
Export Citation:
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Assignee:
ROMERO VAZQUEZ JUAN JOSE (ES)
International Classes:
F16H47/06; B63H5/15
Domestic Patent References:
WO2000027697A12000-05-18
Foreign References:
JP2006306304A2006-11-09
US4832633A1989-05-23
Attorney, Agent or Firm:
VALLEJO LÓPEZ, Juan Pedro (ES)
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Claims:
REIVINDICACIONES

1 . - Tobera aceleradora para naves acuáticas en condición de navegación libre, que comprende:

en el sentido de circulación general del agua, primero una superficie interior convergente, después una superficie interior cilindrica y por último una superficie interior divergente; la relación L/D está comprendida entre 0.20 y 1 .90 siendo L la longitud axial del perfil de la tobera y D el diámetro interior de la tobera; con una sola tobera para cada hélice; la superficie interior cilindrica de la tobera, está alrededor de la hélice; la tobera es fija respecto al soporte del árbol de la hélice;

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, se cruza con el eje de simetría ( 7 ) de la parte interior cilindrica de la tobera, aguas arriba de dicha tobera, en el sentido general de proa de la nave cuando se navega avante en línea recta.

2. - Tobera 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 está comprendida entre 0.050D y 0.076D.

3. - Tobera aceleradora para naves acuáticas en condición de navegación libre, según reivindicación 1 , caracterizada porque la superficie exterior ( 8 ) de la tobera es cilindrica 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 y la superficie interior convergente es convexa.

4. - Tobera aceleradora para naves acuáticas en condición de navegación libre, según reivindicación 1 , caracterizada porque 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, dicho borde tiene un radio ( r ) de curvatura en perfil, comprendido entre 0.01019D y 0.004D.

5. - Tobera aceleradora para naves acuáticas en condición de navegación libre, según reivindicación 1 , caracterizada porque la superficie interior divergente es convexa y en su parte final aguas abajo presenta una divergencia muy pronunciada de más de 50e respecto al eje de simetría de la parte interior cilindrica de la tobera; esta superficie interior divergente y la superficie exterior de la tobera coinciden en una arista, formando el borde de salida del agua de la tobera.

6. - Tobera aceleradora para naves acuáticas en condición de navegación libre, según reivindicación 1 , caracterizada porque el plano de barrido ( 10 ) del centro de las puntas de pala de la hélice, perpendicular al eje de simetría de la parte interior cilindrica de la tobera, está más próximo al borde de entrada de la tobera que al borde de salida de la tobera.

7. - Tobera aceleradora para naves acuáticas en condición de navegación libre, según reivindicación 1 , caracterizada porque 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 ( α ) con el eje de simetría de la parte interior cilindrica de la tobera de entre 20e y 30e.

8. - Tobera aceleradora para naves acuáticas en condición de navegación libre, según reivindicación 1 , caracterizada porque 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%.

9. - Tobera 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 0.063D; la relación L/D 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 parte interior cilindrica 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 26e.

10. - Tobera aceleradora para naves acuáticas en condición de navegación libre, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque forma parte de una nave 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.

Description:
TOBERA ACELERADORA PARA NAVES ACUÁTICAS EN CONDICÓN DE NAVEGACIÓN LIBRE

Sector técnico.

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

Técnica anterior.

Aclaración de conceptos técnicos:

Coeficiente de avance J = V A /nD P . Siendo V A la velocidad de avance del propulsor, n el número de revoluciones por segundo de la hélice y D P el diámetro de la hélice.

Coeficiente de tracción o empuje total Ktt = T / p n 2 D P 4 , siento T la tracción o empuje total de la hélice y de la tobera juntas, y p la densidad del agua.

Indice de carga C T = ( T ) / ( ½ p V A 2 π / 4 D P 2 ).

Condición de navegación libre: cuando se navega con carga exclusivamente interior; en esta condición el índice de carga C T 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 C T 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 τ = T p / T, siendo T p 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 y en toberas deceleradoras más de 1 .

Se utilizan algunos coeficientes, con el factor D o L para indicar algunas distancias en función del diámetro interior de la tobera D 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 L/D, 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 C L 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 Ao se refiere al área del disco de barrido.

"Pod": sistema de propulsión azimutal, el conjunto hélice-tobera puede girar 360 e sobre un eje vertical, con lo cual no hace falta timón.

La tobera más parecida es la llamada tobera "38" desarrollada para ser usada en la condición de tiro en remolcadores; descrita y representada en las páginas 62 y 63 del siguiente libro, Título: "The Wageningen Propeller Series", ISBN: 90-900 7247-0, Autor G. Kuiper, Editado por: MARIN Maritime Research Institute Netherlands, Primera edición, Lugar de edición: Holanda, Año de publicación 1992; el perfil de dicha tobera presenta en el sentido de circulación general del agua, primero una superficie interior convergente, después una superficie interior cilindrica y por último una superficie interior divergente; la relación L/D es de 0.738, siendo L la longitud axial del perfil de la tobera y D el diámetro interior de la tobera; con una sola tobera para cada hélice; la superficie interior cilindrica de la tobera, está alrededor de la hélice; el espesor máximo es de 0.13L; la superficie exterior de la tobera es cilindrica; tanto el borde de entrada como el borde de salida están formados por una superficie toroidal, con el mismo radio de curvatura en el perfil de la tobera y con valor 0.051 L, siendo tangente la generatriz de la superficie cilindrica exterior de la tobera a los círculos que describen dichos radios de los bordes de entrada y de salida en el perfil de la tobera, por lo cual la cuerda de dicho perfil que une el punto anterior del borde de entrada con el punto posterior del borde de salida, es paralela a dicha generatriz y también paralela al eje de simetría de la tobera, pues el punto anterior del borde de entrada y el punto posterior del borde de salida están a la misma distancia radial del eje de simetría de la tobera.

Actualmente para la propulsión de naves acuáticas en condición de navegación libre, se usa la tobera Ί 9Α" desarrollada por "MARIN", la tobera "HR" comercializada por la empresa "Wártsilá" y la tobera "Rice speed" comercializada por el "Grupo Rice" empresa de Méjico en todas ellas la línea que contiene la cuerda de cada perfil se cruza con el eje de simetría de la tobera aguas abajo de esta; la superficie exterior no es cilindrica en ninguna de ellas. El resto de toberas que se usan en la actualidad, aparte de las tres citadas anteriormente, son para buques arrastreros y remolcadores, como la tobera "37" ; "AHT" desarrollada por "MAN Diesel & Turbo"; otra desarrollada por Josip Gruzling, DE3840958 (A1 ) con fecha de presentación 06/02/1987 y fecha de publicación 07/06/1990, también publicada como US4789302 (A), comercializada por una empresa canadiense; y "Rice thrust". Los buques arrastreros utilizan tanto la condición de navegación libre para sus desplazamientos a los lugares de pesca como la condición de arrastre para su faena específica y es por este motivo que muchos utilizan la tobera "19A" cuando prevalece el ahorro de combustible en desplazamiento, pues las toberas diseñadas específicamente para arrastre o tiro en la condición de navegación libre dan un rendimiento muy bajo; en condición de arrastre o tiro el coeficiente de avance J es muy bajo y el coeficiente de tracción total Κ π es muy alto. Para buques militares se usan las toberas simétricas deceleradoras.

Referencias documentales:

ES2317799 (A1 ) prioridad 01/08/2008, publicada 16/04/2009, concesión 04/03/2010 JP2006306304 A prioridad 28/04/2005, publicada 09/11/2006.

US4832633 A prioridad 30/11 /1977, publicada 23/05/1989.

WO0027697 A1 prioridad 09/11/1998, publicada 18/05/2000.

US5799394 (A) prioridad 05/02/1996, publicada el 01 /09/1998 DE4325290 (A1 ) prioridad 28/07/1993, publicada el 02/02/1995

W08911998 (A1 ) prioridad 01 /06/1988, publicada el 14/12/1989

JP58085792 (A) prioridad 16/11/1981 , publicada el 23/05/1983

JP52099597 (A) prioridad 17/02/1976, publicada el 20/08/1977

US2139594 (A) prioridad 08/02/1936, publicada el 06/12/1938

El problema técnico que existe actualmente es el relativamente bajo rendimiento de los sistemas propulsivos para naves en condición de navegación libre con velocidad de crucero hasta un máximo de 18 nudos (que es el límite para las toberas actuales) por las pérdidas en la estela efectiva principalmente (llamadas pérdidas axiales), por el bajo coeficiente de sustentación C L que se obtiene con los perfiles actuales para índices de carga C T inferiores al valor 3 y por las pérdidas de arrastre de la tobera. 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 principalmente, incrementar de forma muy importante el coeficiente de sustentación C L con la consiguiente aceleración del agua en el plano de barrido de la hélice y disminuir mucho el arrastre de la tobera, todo lo cual combinado contribuye a un importante incremento de eficiencia del sistema propulsivo.

Divulgación de la invención.

La solución al problema técnico planteado anteriormente consiste, en el uso de una tobera aceleradora para naves acuáticas en condición de navegación libre, que comprende:

En el sentido de circulación general del agua, primero una superficie interior convergente, después una superficie interior cilindrica y por último una superficie interior divergente; la relación L/D está comprendida entre 0.20 y 1 .90 siendo L la longitud axial del perfil de la tobera y D el diámetro interior de la tobera; con una sola tobera para cada hélice; la superficie interior cilindrica de la tobera, está alrededor de la hélice; la tobera es fija respecto al soporte del árbol de la hélice;

De acuerdo con la invención, la línea que contiene la cuerda del perfil de la tobera, que va desde el extremo anterior del borde de entrada hasta el extremo posterior del borde de salida, se cruza con el eje de simetría de la parte interior cilindrica de la tobera, aguas arriba de dicha tobera, en el sentido general de proa de la nave cuando se navega avante en línea recta, (para disminuir principalmente las pérdidas axiales y para aumentar el coeficiente de sustentación C L respecto a las toberas actuales, tanto en la configuración tradicional del sistema de propulsión con árbol de la hélice y la tobera en la dirección longitudinal de la nave de forma permanente, como en la configuración azimutal en "pod" donde el conjunto hélice-tobera puede girar 360 e ).

Como opción para incrementar más la eficiencia pueden realizarse las siguientes características: la diferencia entre el radio exterior de la tobera y el radio interior de la tobera está comprendida entre 0.050D y 0.076D, (para disminuir considerablemente el arrastre de la tobera, pues para coeficientes de carga inferiores al valor 3 la influencia de la succión de la hélice no alcanza mayor distancia radial); la superficie exterior de la tobera es cilindrica 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 (para evitar desprendimientos de la capa límite en esta zona y por tanto la turbulencia asociada) y la superficie interior convergente es convexa; 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, dicho borde tiene un radio de curvatura en perfil, comprendido entre 0.01019D y 0.004D (para que la penetración de la tobera en el fluido origine menos resistencia); la superficie interior divergente es convexa y en su parte final aguas abajo presenta una divergencia muy pronunciada de más de 50 e respecto al eje de simetría de la parte interior cilindrica de la tobera; esta superficie interior divergente y la superficie exterior de la tobera coinciden en una arista, formando el borde de salida del agua de la tobera (para que el agua que circula por la superficie exterior cilindrica se desprenda bruscamente sin cambiar de dirección); el plano de barrido del centro de las puntas de pala de la hélice, perpendicular al eje de simetría de la parte interior cilindrica de la tobera, está más próximo al borde de entrada de la tobera que al borde de salida de la tobera (para que los efectos de succión de la hélice sean más notables en la superficie interior convergente lo cual se traduce en mayor empuje de la tobera); 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 parte interior cilindrica de la tobera de entre 20 e y 30 e , (como punto para definir una pendiente característica que tiene mucha influencia en la resistencia del perfil); y la longitud axial de la superficie divergente posterior es manifiestamente mayor que la longitud axial de la superficie convergente anterior entre un 15% y un 25% (para retrasar el punto de desprendimiento de la capa límite, al tener una divergencia menos pronunciada, hasta el tramo de divergencia pronunciada de más de 50 e ).

Concretando más, la diferencia entre el radio exterior de la tobera y el radio interior de la tobera es de 0.063D; la relación L/D es de 0.4970; el borde de entrada de la tobera tiene un radio de curvatura en perfil de 0,01019D; el plano de barrido del centro de las puntas de pala de la hélice perpendicular al eje de simetría de la parte interior cilindrica 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 e .

Esta tobera aceleradora para naves acuáticas en condición de navegación libre, forma parte de una nave 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.

La tobera con el conjunto de estas características actúa junto con la hélice (influencia o interacción mutua), incrementando el rendimiento del sistema hélice-tobera, respecto a las que se usan actualmente, que naturalmente son las más eficientes hasta la fecha.

Esta tobera al tener un perfil con mayor longitud periférica interior que exterior, desde el borde de entrada al borde de salida, se trata de una tobera aceleradora de la velocidad del agua dentro de la tobera; las toberas deceleradoras como la tobera "33" de "MARIN" tienen un perfil con mayor longitud periférica exterior y sólo se usan en buques militares para disminuir la cavitación y el ruido sobre todo, aunque se obtiene menor rendimiento incluso que con una hélice abierta, con objeto de que sea más difícil su detección; la línea que contiene la cuerda del perfil que va desde el centro del borde anterior redondeado hasta la arista viva del borde de salida, se cruza con el eje de simetría de la parte interior cilindrica de la tobera aguas arriba de esta, con lo cual al presentar mayor ángulo de ataque respecto a la dirección general de entrada de agua hacia la tobera (que siempre es convergente incluso con índices de carga C T bajos) el coeficiente de sustentación C L es mayor y por lo tanto la aceleración que provoca por este concepto la tobera al agua que la atraviesa; como es bien conocido a mayor aceleración mayor eficiencia de una tobera; como se sabe a mayor índice de carga C T mayor es el ángulo que presenta la dirección general de entrada de agua hacia la tobera respecto al eje de simetría de la parte interior cilindrica de la tobera, con lo cual para índices de carga por ejemplo de 4.5 y superiores el ángulo de ataque es positivo en toberas Ί 9Α", "HR" y "Rice speed", para índices de carga inferiores en estas toberas referidas, aunque el ángulo de ataque sea negativo, sigue habiendo sustentación y por lo tanto aceleración del agua en el interior de la tobera, por tratarse de perfiles asimétricos.

Puesto que la aceleración ejercida por esta tobera es mayor, el coeficiente de empuje de la hélice τ es menor para la misma velocidad de la nave y por lo tanto esto hace que se incremente la eficiencia; en las toberas deceleradoras el coeficiente de empuje de la hélice τ es mayor que la unidad y por lo tanto disminuye la eficiencia del sistema propulsivo hélice-tobera en su conjunto. La notable menor diferencia entre el radio exterior de la tobera y el radio interior origina un arrastre mínimo para índices de carga de valor 3 o inferiores. Se disminuyen de forma trascendente las pérdidas axiales en la estela efectiva, puesto que la tobera al tener el borde de salida en arista con el máximo radio, y debido a la posición de la cuerda del perfil, induce a la vena líquida que pasa por el interior de la tobera a alcanzar dicho radio máximo aguas abajo para unirse con el agua procedente de la superficie exterior cilindrica, con lo cual al aumentar el diámetro de la vena líquida aumenta la presión estática en esta zona posterior lo cual se transmite al sistema hélice-tobera como incremento de empuje y lo más importante disminuye la diferencia de velocidad de la vena líquida aguas abajo de la tobera respecto a la velocidad del agua que la rodea, por lo cual disminuyen considerablemente las pérdidas axiales por rozamiento y turbulencia en la estela efectiva; es de sobra conocido que las pérdidas axiales son las más importantes en cualquier sistema de propulsión. El truncamiento final de la tobera con una divergencia superior a 50 e , implica el desprendimiento de la capa límite en un plano muy próximo al plano del borde de salida, donde resulta rentable desde el punto de vista de la eficiencia, ya que el flujo inverso en la pared es escaso y se permite una expansión libre de la vena líquida hasta alcanzar la corriente periférica procedente de la superficie exterior cilindrica de la tobera para unirse ambas, aguas abajo; alargar la tobera supondría mayor arrastre por fricción. De acuerdo con la observación del flujo en el túnel de cavitación, con modelo a escala de la tobera "HR" que se usa actualmente, el desprendimiento de la capa límite para valores del índice de carga comprendidos entre 3 y 1 .5, se produce en dicha tobera "HR" antes del truncamiento final; con la tobera propuesta, al presentar menor divergencia hasta la zona de truncamiento, por tener mayor longitud, se retrasa el punto de desprendimiento de la capa límite, lo cual favorece una mayor expansión libre de la vena líquida hasta unirse con la corriente periférica procedente de la superficie exterior cilindrica.

Hasta la fecha no se ha construido ninguna tobera con la línea que contiene la cuerda del perfil cruzándose con el eje de simetría de la parte interior cilindrica de la tobera aguas arriba, en el sentido general de proa de la nave cuando se navega avante en línea recta, siendo esta una característica esencial de la tobera para obtener alta eficiencia y que además permite el resto de características. Naturalmente esta tobera puede aplicarse en sistemas de propulsión azimutal "pod".

Esta tobera propuesta, tiene la ventaja de incrementar el rendimiento propulsivo del conjunto hélice-tobera y por tanto disminuir en la misma proporción el consumo de combustible, en todo tipo de naves acuáticas en condición de navegación libre, especialmente hasta una velocidad de crucero superior a 20 nudos, respecto a los sistemas propulsivos que se usan en la actualidad.

Breve descripción de los dibujos.

A continuación se pasa a describir una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor la invención y que se presentan como ejemplo ilustrativo y no limitativo de esta. La figura 1 , es una representación esquemática en corte axial de la tobera.

La figura 2, es una representación esquemática del perfil de la tobera con representación de la cuerda y otros detalles.

La figura 3, es un detalle ampliado de la parte anterior del perfil de la tobera.

La figura 4, es una representación esquemática del conjunto hélice, tobera y soportes de tobera, en vista desde aguas abajo.

La figura 5, es una representación esquemática del sistema de propulsión de hélice y tobera fija respecto a la hélice, en corte vertical de la tobera por un plano que contiene el eje de giro de la hélice; y en vista se representan la hélice con las palas y el núcleo (cubo), la bocina (soporte posterior del árbol de la hélice), el codaste, un soporte de la tobera y el timón; formando parte de un buque, para que puedan apreciarse bien los detalles del conjunto.

Mejor manera de realizar la invención.

En la figura 1 se observa la parte anterior 1 de la tobera, la parte central 2 de la tobera y la parte posterior 3 de la tobera; la longitud axial A de la parte anterior, la longitud axial B de la parte central y la longitud axial C de la parte posterior; la tobera 4, el borde de entrada 5 del agua en la tobera y el borde de salida 6 del agua de la tobera, observándose cómo las paredes interiores son convexas convergentes en el sentido del flujo en la parte anterior, a continuación recta y por tanto cilindrica la superficie y después divergentes convexas hasta el extremo posterior; en esta figura se observa cómo las paredes exteriores 8 del perfil son rectas con la misma distancia al eje de simetría 7 de la parte interior cilindrica de la tobera en toda su extensión axial y por tanto la superficie exterior es cilindrica; la tobera 4 tiene mayor espesor en la parte central; la longitud axial C de la superficie divergente posterior es un 20% mayor que la longitud axial A de la superficie convergente anterior; también se observa el radio interior Ri de la tobera, el radio exterior Ro de la tobera y su diferencia S de 0.063D que coincide con el espesor máximo de la tobera.

En la figura 2, se observa el perfil de la tobera en el cual está representada la cuerda 9 que va desde el extremo anterior del borde de entrada hasta el extremo posterior del borde de salida; el plano de barrido 10 del centro de las puntas de pala de la hélice perpendicular al eje de simetría de la parte interior cilindrica de la tobera, representado por línea discontinua, observándose cómo la distancia axial H de 0.4564L hasta el borde de entrada es inferior a la distancia axial E hasta el borde de salida; también está representada la línea tangente 11 al perfil por un punto situado a una distancia axial F de 0.046L aguas abajo del borde de entrada formando un ángulo α con una línea 12 paralela al eje de simetría de la parte interior cilindrica de la tobera de 26 e . En la figura 3 se observa la línea de corriente G que indica la dirección y el sentido general del fluido aguas arriba, inmediatamente antes de entrar en la parte anterior de la tobera, también se observa parte de la cuerda 9 y el ángulo β que forman ambas direcciones, en un mismo plano que contiene el eje de simetría de la parte interior cilindrica de la tobera; y también se observa el radio r de la circunferencia que genera la superficie toroidal del borde de entrada, teniendo como eje de rotación el eje de simetría de la parte interior cilindrica de la tobera; dicho radio r de la circunferencia tiene un valor de 0.01019D y naturalmente el borde de entrada de la tobera completa tiene superficie toroidal.

En la figura 4, se observan las palas 14, las puntas de pala en forma de arco coaxial al eje de giro, el sentido de giro de las palas indicado por flecha, el núcleo (cubo) de la hélice, y los soportes 13 de la tobera 4 que unen esta a la popa del buque, no representado en esta figura.

En la figura 5, se observa la tobera 4, la hélice con sus palas 14, el timón 15, uno de los dos soportes 13 de la tobera, y el codaste 16 que pertenece al buque. El núcleo de la hélice (parte central de la hélice) está unido al árbol y este al motor del buque. El árbol motor pasa por el interior de la bocina que hace la función de soporte en el extremo de popa del casco. De acuerdo con el sistema de propulsión hélice-tobera, la hélice al girar origina menor presión estática delante y mayor presión estática detrás, dichas presiones también se transmiten localmente sobre las paredes interiores de la tobera, por lo cual la tobera empuja al buque con la componente axial, a través de los soportes que la unen a la popa del buque. Tanto la hélice como la tobera empujan al buque, formando ambas el sistema de propulsión. El sistema de propulsión forma parte del buque. La tobera protege a la hélice de la mayoría de los choques con elementos exteriores y por lo tanto de un deterioro irreversible; y también de redes y cables que podrían llegar a inutilizarla temporalmente.

Las coordenadas del perfil son las siguientes para una hélice tipo "Kaplan" de cuatro palas, relación de áreas A E /A 0 = 0.60 y relación L/D = 0.4970; de acuerdo con la representación ordinaria para coordenadas de perfiles de tobera, queda establecido el valor de las abscisas en 100 X/L tomando los valores de X a partir del borde de entrada; 100 Yi/L para el valor de las ordenadas interiores; y 100 Yo/L para el valor de las ordenadas exteriores:

100 X/L 100 Yi/L 100 Yo/L

0.000 10.7648 10.7648

2.051 8.1527 12.8158

4.615 6.7280 12.8158

7.179 5.5407 12.8158

9.743 4.5908 12.8158

12.307 3.7201 12.8158

14.871 2.9286 12.8158

17.435 2.2162 12.8158

20.000 1 .5830 12.8158

22.564 1 .0289 12.8158

25.128 0.6332 12.8158

27.692 0.3166 12.8158

32.820 0.0 12.8158

58.974 0.0 12.8158

66.666 0.1583 12.8158

71 .794 0.3957 12.8158 76.923 0.8706 12.8158

82.051 1.5039 12.8158

84.615 1.9788 12.8158

87.179 2.5328 12.8158

89.743 3.1661 12.8158

92.307 4.0368 12.8158

94.871 5.0657 12.8158

96.153 5.6990 12.8158

97.435 6.4905 12.8158

98.717 7.5986 12.8158

100.000 12.8158 12.8158

El centro de giro del radio r de la circunferencia generadora de la superficie toroidal del borde de entrada, queda establecido en abscisa 100X/L = 2.051 y ordenada 100Y/L = 10.7648; la longitud del radio tiene el mismo valor que la abscisa.

Aplicación industrial.

Esta invención tiene aplicación industrial en la industria naval.