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Title:
SYMMETRICAL FIXED ACCELERATING NOZZLE FOR AQUATIC VESSELS IN THE FREE NAVIGATION STATE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2013/178853
Kind Code:
A2
Abstract:
The invention concerns a symmetrical fixed accelerating nozzle (4) for aquatic vessels in the free navigation state which comprises, in the general sense of circulation of the water, a convergent convex inner surface (1) , a cylindrical inner surface (2) ,and a divergent convex inner surface (3), with a single nozzle for each propeller. The invention is characterized in that the difference between the outer radius (Ro) of the nozzle and the inner radius (Ri) thereof is between 0.050 D and 0.076 D, D being the inner diameter of the nozzle. The invention also concerns a floating or submarine aquatic vessel in the free navigation state, comprising a symmetrical fixed accelerating nozzle of this type.

Inventors:
ROMERO VAZQUEZ JUAN JOSE (ES)
Application Number:
ES2013/070341
Publication Date:
December 05, 2013
Filing Date:
May 28, 2013
Export Citation:
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Assignee:
ROMERO VAZQUEZ JUAN JOSE (ES)
International Classes:
B63H5/15
Domestic Patent References:
WO2000027697A12000-05-18
WO1989011998A11989-12-14
Foreign References:
ES2317799A12009-04-16
DE3840958A11990-06-07
US4789302A1988-12-06
JP2006306304A2006-11-09
US4832633A1989-05-23
US5799394A1998-09-01
DE4325290A11995-02-02
JPS5885792A1983-05-23
JPS5299597A1977-08-20
US2139594A1938-12-06
Attorney, Agent or Firm:
VALLEJO LÓPEZ, Juan Pedro (ES)
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Claims:
12

REIVINDICACIONES

1 . - Tobera (4) fija simétrica aceleradora para naves acuáticas en condición de navegación libre, que comprende:

en el sentido de circulación general del agua, primero una superficie interior convexa convergente (1 ), después una superficie interior cilindrica (2) y por último una superficie interior convexa divergente (3); con una sola tobera para cada hélice;

caracterizada por que 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, siendo D el diámetro interior de la tobera.

2. - Tobera (4) fija simétrica aceleradora para naves acuáticas en condición de navegación libre según la reivindicación 1 , caracterizada por que la línea que contiene la cuerda (9) del perfil de la tobera, que va desde el extremo anterior del borde de entrada (5) hasta el extremo posterior del borde de salida (6), forma un ángulo con el eje de simetría (7) de la tobera, de tal forma que se cruzan en un punto aguas arriba de la tobera; 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; el borde de entrada (5), con circunferencia como generatriz de la superficie toroidal, tiene un radio (r) de curvatura en perfil, de dicha circunferencia, comprendido entre 0.01019D y 0.004D; el plano de barrido (10) del centro de las puntas de pala de la hélice, perpendicular al eje de simetría (7) de la tobera, está más próximo al borde de entrada (5) de la tobera que al borde de salida (6) de la tobera; 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 (a) con el eje de simetría de la tobera de entre 20e y 30e, siendo L la longitud axial del perfil de la tobera; y la longitud axial (C) de la superficie divergente posterior (3) es mayor que la longitud axial (A) de la superficie convergente anterior (1 ) entre un 15% y un 25%.

3. - Tobera (4) fija simétrica aceleradora para naves acuáticas en condición de navegación libre según cualquiera de las reivindicaciones 1 -2, caracterizada por que 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 13 puntas de pala de la hélice perpendicular al eje de simetría 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.

4. - Tobera (4) fija simétrica aceleradora para naves acuáticas en condición de navegación libre según cualquiera de las reivindicaciones 1 -3, caracterizada por que la superficie interior convexa divergente (3) tiene la parte final aguas abajo presentando una divergencia muy pronunciada de más de 50e respecto al eje de simetría de la tobera.

5. - Tobera (4) fija simétrica aceleradora para naves acuáticas en condición de navegación libre según cualquiera de las reivindicaciones 1 -4, caracterizada por que la relación L/D está comprendida entre 0.40 y 0.60; 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; la superficie interior divergente y la superficie exterior de la tobera coinciden en una arista, formando el borde de salida del agua de la tobera; y el perfil de la tobera es exactamente el mismo en los 360e de cobertura;

6. Tobera (4) fija simétrica aceleradora para naves acuáticas en condición de navegación libre según cualquiera de las reivindicaciones 1 -5, caracterizada por que 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.

7. - Nave acuática flotante o submarina, que comprende un sistema de propulsión que comprende una hélice con un árbol unido a un motor para impartir movimiento de giro a dicho árbol, comprendiendo además dicho sistema de propulsión una tobera (4) según cualquiera de las reivindicaciones 1 -6.

Description:
TOBERA FIJA SIMÉTRICA ACELERADORA PARA NAVES ACUÁTICAS EN CONDICIÓN DE NAVEGACIÓN LIBRE

Sector de la técnica

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

Estado de la técnica

Aclaración de conceptos técnicos:

El coeficiente de avance J = V A / n D 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 , siendo T la tracción o empuje total de la hélice y de la tobera juntas, y p la densidad del agua,

índice de carga C T = (T) / (½ P V A 2 % 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.

Actualmente para la propulsión de naves acuáticas en condición de navegación libre, se usa la tobera Ί 9Α" desarrollada por "MARIN" ("Maritime Research Institute Netherlands") en la década de 1960, la tobera "HR" comercializada por la empresa "Wártsilá" en la década de 1990, y la tobera "Rice speed" comercializada por el "Grupo Rice" empresa de Méjico en la década de 1990; en todas ellas la relación L/D está muy aproximadamente sobre 0.50; la línea que contiene la cuerda de cada perfil se cruza con el eje de simetría de la tobera aguas abajo de esta; la diferencia entre el radio exterior de la tobera y el radio interior está aproximadamente sobre 0.10D en las tres toberas citadas; la superficie exterior no es cilindrica en ninguna de ellas.

En el documento de patente ES2317799 (A1 ) presentado el 01 /08/2008, publicado el 16/04/2009, y concesión el 04/03/2010 se presenta un sistema de propulsión con tobera para naves en condición de navegación libre. El resto de toberas que se usan en la actualidad, aparte de las tres citadas anteriormente, son para buques arrastreros y remolcadores, como las toberas "37" y "38" desarrolladas por "MARIN"; "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 consumo 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 K TT es muy alto. Para buques militares se usan las toberas simétricas deceleradoras.

En las toberas "19A" y "HR" para naves usadas actualmente en condición de navegación libre, el borde anterior redondeado tiene un radio de curvatura en perfil de 0.0141 D para Ί 9Α" y 0.0216D para "HR"; el plano de barrido del centro de las puntas de pala de la hélice perpendicular al eje de simetría de la tobera está a la misma distancia del borde de entrada de la tobera que del borde de salida de la tobera; en perfil la línea tangente a la superficie interior convexa convergente a 0.046L aguas abajo del borde de entrada forma un ángulo con el eje de simetría de la tobera superior a 34 e en las toberas "HR" y "Rice speed" y superior a 40 e en la tobera "19A".

Las toberas que se usan actualmente producen mucha resistencia (arrastre) en comparación con la potencia empleada sobre todo cuando se navega con índices de carga C T inferiores al valor 3, en la condición de navegación libre.

Referencias documentales:

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 (llamadas pérdidas axiales), por las pérdidas de arrastre de la tobera y 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.

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, disminuir mucho el arrastre de la tobera, e incrementar de forma importante el coeficiente de sustentación C L con la consiguiente aceleración del agua en el plano de barrido de la hélice , todo lo cual combinado contribuye a un importante incremento de eficiencia del sistema propulsivo.

Explicación de la invención

La invención se refiere a una tobera fija simétrica aceleradora para naves acuáticas en condición de navegación libre de acuerdo con la reivindicación 1 . Realizaciones preferidas de la tobera se definen en las reivindicaciones dependientes.

La solución al problema técnico planteado anteriormente consiste en el uso de una tobera fija simétrica aceleradora para naves acuáticas en condición de navegación libre, que comprende en el sentido de circulación general del agua, primero una superficie interior convexa convergente, después una superficie interior cilindrica y por último una superficie interior convexa divergente, con una sola tobera para cada hélice.

De acuerdo con la invención, la diferencia entre el radio exterior de la tobera y el radio interior de la tobera está comprendida entre 0.050D y 0.076D, siendo D el diámetro interior de la tobera, 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. Únicamente con estas características señaladas de la tobera se resuelve el problema técnico planteado.

El resto de características indicadas a continuación como preferidas son prescindibles, pues la omisión estricta de alguna de ellas o de todas las características, implica poca variación en el rendimiento, pues se trata de características que con poca variación de forma del perfil de la tobera dejan de cumplirse.

De acuerdo con una realización preferida de 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, forma un ángulo con el eje de simetría de la tobera, de tal forma que se cruzan en un punto aguas arriba de la tobera (para aumentar el coeficiente de sustentación C L respecto a las toberas actuales en que el cruce se produce aguas abajo); 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); el borde de entrada, con circunferencia como generatriz de la superficie toroidal, tiene un radio de curvatura en perfil, de dicha circunferencia, comprendido entre 0.01019D y 0.004D (para que la penetración de la tobera en el fluido origine menos resistencia); el plano de barrido del centro de las puntas de pala de la hélice, perpendicular al eje de simetría 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 tobera de entre 20 e y 30 e , siendo L la longitud axial del perfil de la tobera (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).

Más preferiblemente, 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 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 .

De acuerdo con una realización preferida de la invención, la superficie interior convexa divergente tiene la parte final aguas abajo presentando una divergencia muy pronunciada de más de 50 e respecto al eje de simetría de la tobera.

De acuerdo con una realización preferida de la invención la relación L/D, está comprendida entre 0.40 y 0.60; 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, y la superficie interior divergente y la superficie exterior de la tobera coinciden en una arista viva (no redondeada), formando el borde de salida del agua de la tobera, siendo el perfil de la tobera exactamente el mismo en los 360 e de cobertura.

Esta tobera fija simétrica 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 simétrica 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 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, y como está diseñada para índices de carga C T iguales o inferiores al valor 3 no se corre el riesgo de alcanzar valores del coeficiente de sustentación C L superiores a 1 .5 con entrada en pérdida; 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 tobera, con lo cual para índices de carga, por ejemplo, de 4.5 y superiores el ángulo de ataque es positivo en toberas 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 las pérdidas axiales en la estela efectiva, puesto que la tobera al tener el borde de salida en arista con el máximo radio, 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. 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 simétrica con una diferencia entre radio exterior y radio interior tan pequeña, pues se ha considerado que disminuyendo el área normal (proyección de la tobera sobre un plano perpendicular al eje de simetría) se reduciría su eficiencia.

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 hasta una velocidad de crucero superior a 20 nudos, respecto a los sistemas propulsivos que se usan en la actualidad; quedan fuera todas las naves semiplaneadoras y planeadoras donde tanto la hélice abierta como los sistemas de chorro de agua son más eficientes.

La invención también se refiere a una nave acuática flotante o submarina, en condición de navegación libre, que comprende un sistema de propulsión que comprende una hélice con un árbol unido a un motor para impartir movimiento de giro a dicho árbol, donde dicho sistema de propulsión comprende además una tobera fija simétrica aceleradora según ha sido definida en lo anterior.

Ventajas y características adicionales de la invención serán evidentes de la descripción detallada que sigue y serán particularmente señaladas en las reivindicaciones adjuntas. 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.

Exposición detallada de una realización preferida

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 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 por una línea 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 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 a cón una línea 12 paralela al eje de simetría de la tobera de 26°.

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 tobera; y también se observa el radio r de la circunferencia que genera la superficie 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.

Exposición detallada de una realización preferida

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 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 por una línea 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 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 a con una línea 12 paralela al eje de simetría 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 tobera; y también se observa el radio r de la circunferencia que genera la superficie 10 toroidal del borde de entrada, teniendo como eje de rotación el eje de simetría 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 ésta 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 éste 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 11

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

30.256 0.0791 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.