Propulsor submarino

Un propulsor submarino es una configuración de hélices marinas y un motor hidráulico o eléctrico integrado o montado en un robot submarino como dispositivo de propulsión. Estos le dan al robot movimiento y maniobrabilidad contra la resistencia del agua de mar. La principal diferencia entre los propulsores submarinos y los propulsores marinos es la capacidad de funcionar bajo una fuerte presión de agua, en algún momento hasta la profundidad total del océano.

Tipos de propulsores submarinos

Existen tres tipos generales de dispositivos de propulsión: el propulsor lateral o propulsor de túnel, que consiste en una hélice instalada en un túnel transversal; un propulsor a reacción que consta de una bomba que aspira desde la quilla y descarga hacia ambos lados; y propulsor azimutal, que puede girar 360°

Los propulsores submarinos se pueden dividir en dos grupos principales, propulsores hidráulicos y propulsores eléctricos. A continuación se presentan algunos pros y contras de cada tipo:

^[2]

Propulsores hidráulicos

Los propulsores hidráulicos se utilizan principalmente en ROV de clase laboral más grandes, principalmente porque ocupan mucho espacio y peso debido a los componentes adicionales, como válvulas y tuberías. ^[3] La tecnología de los propulsores hidráulicos es más antigua que la eléctrica, son más resistentes y su relación peso-empuje es mayor que la de los propulsores eléctricos, pero los problemas de mantenimiento y tuberías causan cierta insatisfacción entre los usuarios. ^{[ cita necesaria ]} Las relaciones peso-empuje son mayores para los propulsores hidráulicos que para los propulsores eléctricos, pero después de tener en cuenta los componentes hidráulicos requeridos, incluidas válvulas, unidades de energía hidráulica, juntas de tuberías, etc., los sistemas de propulsores hidráulicos resultan más pesados ​​que los propulsores eléctricos. . ^{[ cita necesaria ]}

Propulsores eléctricos

BlueROV2 con propulsores eléctricos

Los propulsores eléctricos se utilizan principalmente en robots submarinos que funcionan con baterías, como AUV , submarinos y ROV eléctricos . Los propulsores eléctricos suelen utilizar motores síncronos de imanes permanentes o de CC sin escobillas (PMSM) . Estos motores pueden estar sellados dentro de cavidades llenas de aire o aceite, o utilizar un diseño inundado que permite que el agua entre en contacto con el motor, proporcionando refrigeración y lubricación adicionales. ^{[4] [5]}

Componentes

Los principales componentes de un propulsor eléctrico son:

Propulsor submarino eléctrico Copenhagen Subsea de 10-15kW

Un propulsor eléctrico de Lian Innovations

1. Motor eléctrico: El motor eléctrico es el componente principal de los propulsores eléctricos y acciona la hélice. Los propulsores submarinos modernos suelen utilizar motores síncronos de imanes permanentes ( PMSM ) sin escobillas . ^{[ cita necesaria ]} En algunos propulsores de baja calidad se utilizan motores de CC sin escobillas. La ganancia es un precio más bajo y la penalización es una menor eficiencia. ^{[ cita necesaria ]} En la mayoría de los diseños modernos, los motores PMSM sin marco (producidos principalmente por Kollmorgen) ^{[ cita necesaria ]} se utilizan para reducir el peso y aumentar la eficiencia térmica. Esto mejora la relación potencia-peso , pero el inconveniente es un mayor coste de montaje. ^{[ cita necesaria ]} Copenhagen Subsea, con sede en Dinamarca, produce propulsores de anillo eléctricos, donde la energía se aplica en el perímetro y los componentes del motor están integrados con un conducto. ^[6]
2. Caja de cambios: para igualar el par de la hélice con el par del motor, algunos fabricantes utilizan una caja de cambios. La mayoría de las veces, para reducir el peso y el volumen del propulsor, los engranajes se ensamblan directamente dentro de la carcasa del propulsor, que se utiliza como carcasa de la caja de cambios. ^{[ cita necesaria ]} De esta forma se reduce el peso, pero las reparaciones se vuelven difíciles ya que los repuestos no se pueden encontrar en el mercado normal. ^{[ cita necesaria ]}
3. Accionamiento directo: en algunos diseños modernos que utilizan motores PMSM, la relación entre el par del motor y su diámetro es tan alta que el motor puede hacer girar la hélice sin una caja de cambios. En los propulsores submarinos de accionamiento directo, los motores son más pesados ​​que los utilizados en los propulsores con engranajes, pero la falta de una caja de cambios compensa esto. Los propulsores de transmisión directa tienen mayor confiabilidad, menor ruido y mayor eficiencia, pero los precios son más altos que los propulsores con engranajes. ^{[ cita necesaria ]}
4. Controlador del motor y electrónica: los motores sin escobillas necesitan que se conmute algo de electrónica ^{[ se necesita aclaración ]} y controlar su velocidad. En las primeras versiones, los controladores no eran fiables y esto provocaba la insatisfacción del usuario en comparación con los propulsores hidráulicos altamente fiables. Los avances más recientes en la tecnología electrónica de potencia han hecho que el controlador del motor sea más eficiente y fiable, barato y pequeño, al poder instalarse directamente en el extremo del motor. En los diseños modernos, los controladores del motor son capaces no sólo de controlar las RPM de la hélice, sino también de controlar la fuerza de empuje en aplicaciones que necesitan un control estricto de su posicionamiento. ^{[ cita necesaria ]}
5. Eje y sellado: Mantener la hélice en el lugar correcto y hacerla confiable en caso de impacto con elementos externos como peces o redes de pesca es una de las principales preocupaciones en todo tipo de propulsores. Se han reportado muchas fallas debido a este problema. ^{[ cita necesaria ]} Algunos fabricantes intentan solucionarlo utilizando acoplamientos magnéticos y evitando por completo el sellado giratorio. Esto mejora la confiabilidad del sellado y del eje, pero pierden eficiencia debido a la capacidad limitada de transferencia de torque del acoplamiento magnético y resuelven este problema usando una hélice de alta velocidad y bajo torque. ^{[ cita necesaria ]} En la mayoría de los modelos, la eficiencia es tan baja como el 25%, lo que es muy bajo para los propulsores submarinos. ^{[ cita necesaria ]} Los cojinetes magnéticos ^{[ aclaración necesaria ]} requieren que la hélice gire sobre las superficies exteriores de la carcasa utilizando una capa de agua como lubricante, lo que puede reducir considerablemente la vida útil del cojinete en agua contaminada. Algunos otros fabricantes utilizan rodamientos cónicos y un sistema de sellado múltiple para mayor redundancia. En este diseño, si el sello principal (generalmente un sello cerámico ^{[ cita requerida ]} ) falla, los otros sellos mantienen el motor seguro y el propulsor puede continuar funcionando. ^{[ cita necesaria ]}
6. Hélice: La hélice es el componente que convierte la rotación en empuje. La selección de la hélice adecuada tiene una influencia considerable en el rendimiento de un propulsor. La línea de carga hidrodinámica de cada aplicación necesita una hélice adaptada para lograr la máxima eficiencia, pero falta una variación de hélice estándar disponible en el mercado y, por lo tanto, es imposible pedir el propulsor con la hélice de mejor eficiencia. ^{[ cita necesaria ]} Algunas empresas diseñarán y desarrollarán hélices personalizadas, pero sus precios son realmente altos. ^{[ cita necesaria ]} Otras empresas intentan ofrecer muchas hélices como opciones y permiten que el usuario seleccione la mejor utilizando tablas de rendimiento de sus propulsores.

   

   Vista ampliada de un propulsor T200: un motor eléctrico submarino completamente inundado

7. Boquilla : Las boquillas se utilizan con propulsores de baja velocidad y carga pesada. La mayoría de los ROV tienen este tipo de cargas hidrodinámicas. En los robots de alta velocidad y carga ligera, como los AUV, UUV y los submarinos, los propulsores normalmente no tienen boquilla.
8. Protectores de hélice : Las hélices pueden dañarse por el impacto de peces u otros objetos, pero pueden vibrar si el flujo hacia las palas no es uniforme. El diseño del protector de la hélice puede afectar el flujo hacia la hélice y, en consecuencia, el rendimiento. Algunos fabricantes dejan el diseño de la protección de la hélice al usuario, pero una solución más eficiente es integrar la función con los puntales de soporte de la boquilla. ^{[ cita necesaria ]}
9. Carcasa : Las carcasas de los propulsores normalmente deben ser resistentes a la corrosión del agua de mar. Hay dos versiones comunes de conchas; aluminio anodizado duro y acero inoxidable grado 316. ^{[ cita necesaria ]} El acero es más pesado, más caro y más resistente. El aluminio es más ligero y económico.
10. Conector eléctrico: los conectores eléctricos son un componente importante de los propulsores submarinos. Existe una amplia gama de componentes confiables disponibles de proveedores externos. ^[7]

Actuación

Muchos parámetros afectan considerablemente a los propulsores submarinos. Bajo el mar, la energía se vuelve más valiosa ya que es difícil transferirla (ROV) o almacenarla (AUV, UUV, Submarino). Entonces es muy importante tener la máxima eficiencia. El controlador del motor, el motor eléctrico, el eje, el sellado, la hélice, la boquilla y la geometría exterior y la superficie del propulsor afectan la eficiencia.

1. Hacer coincidir la carga de la hélice con el par del motor: Uno de los problemas de diseño más difíciles de los propulsores submarinos es hacer coincidir la línea de carga de la hélice con la línea de alimentación del motor. Si esto no sucede, la eficiencia general del propulsor caerá muy por debajo del máximo o sólo se utilizará un pequeño porcentaje de la potencia del motor. ^{[ cita necesaria ]}
2. Usar la hélice adecuada: El diámetro de la hélice, la relación de paso y el tipo ^{[ se necesita aclaración ]} son ​​muy importantes para obtener el máximo rendimiento. Se debe realizar mucha investigación e ingeniería antes de realizar el pedido final del propulsor para tomar la decisión correcta.
3. Uso de motor y controlador de baja distorsión armónica total (THD): los motores PMSM tienen algunos problemas de eficiencia con THD. Hay motores y controladores de baja THD disponibles en el mercado (Kolmorgen), pero sus precios son considerablemente más altos que los de los motores de menor eficiencia. Únicos propulsores de alta tecnología en el mercado que utilizan este tipo de motor y controlador (Lian Innovative). ^{[ cita necesaria ]}
4. Carcasa de propulsor aerodinámica: la fabricación de un cuerpo y mango aerodinámicos tiene efectos considerables en la eficiencia, y la fabricación de las curvas en este tipo de geometría es costosa. ^{[ cita necesaria ]}

Ver también

Propulsor impulsado por llantas .

Referencias

1. "Propulsor T200". Robótica Azul . Consultado el 11 de enero de 2024 .
2. seaMarn3 (4 de diciembre de 2023). "Propulsores hidráulicos y eléctricos para ROV". SEAMOR Marina Ltd. Consultado el 11 de enero de 2024 .{{cite web}}: Mantenimiento CS1: nombres numéricos: lista de autores ( enlace )
3. "Sistemas de propulsión marina".
4. "Sistemas de propulsión marina".
5. "¿Qué es un propulsor?". Robótica Azul . Consultado el 11 de enero de 2024 .
6. Personal. "La confiabilidad primero". Página de inicio . Submarino de Copenhague A/S . Consultado el 20 de diciembre de 2016 .
7. Personal. "Conectores submarinos y soluciones de sistemas". Página de inicio . Seacon . Consultado el 29 de diciembre de 2016 .

enlaces externos

• Propulsor submarino eléctrico avanzado, Lian innovador es el fabricante de una gama de propulsores submarinos.
• Society for Underwater Technology, SUT es una organización de personas interesadas en la tecnología subacuática.
• Innerspace Thrusters, Innerspace diseña y fabrica propulsores y motores submarinos.