EP0316219A1 - Système de propulsion marine utilisant une turbine à action du type roue PELTON associée à un moteur et une pompe hydraulique - Google Patents

Système de propulsion marine utilisant une turbine à action du type roue PELTON associée à un moteur et une pompe hydraulique Download PDF

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EP0316219A1
EP0316219A1 EP19880402764 EP88402764A EP0316219A1 EP 0316219 A1 EP0316219 A1 EP 0316219A1 EP 19880402764 EP19880402764 EP 19880402764 EP 88402764 A EP88402764 A EP 88402764A EP 0316219 A1 EP0316219 A1 EP 0316219A1
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EP
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turbine
propeller
hydraulic pump
shaft
fluid
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Withdrawn
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EP19880402764
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German (de)
English (en)
Inventor
Jean-Charles Hoube
André Chambarel
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HOUBE JEAN CHARLES
Original Assignee
HOUBE JEAN CHARLES
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H23/00—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements
    • B63H23/22—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements with non-mechanical gearing
    • B63H23/26—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements with non-mechanical gearing fluid

Definitions

  • the invention relates to a marine propulsion system composed of a PELTON wheel-type turbine associated with a motor and a hydraulic pump which controls it, and it is coaxial with the shaft and the propeller.
  • the propeller can be a conventional propeller or a faired propeller.
  • the present invention aims to remedy these drawbacks.
  • the system according to the invention it is possible to envisage, for pleasure craft with large vessels, a conventional assembly of the "inboard” type with cable gland or an assembly of the "outboard” type, therefore without drilling the shell.
  • This system protects the transmission mechanisms against propeller shocks and the absence of engine vibrations at the shaft.
  • the invention solves the problem of creating a marine propulsion system consisting of a primary mechanical energy engine, namely, all types of petrol or other engines, associated with a high pressure hydraulic pump, which supplies a high pressure fluid. ordered at its outlet by a distributing valve, this fluid connecting a turbine, by high pressure and low pressure pipes.
  • the fluid used can be water, oil or any other mineral or organic liquid.
  • a high pressure fluid is formed controlled by a directional valve, which in the direction of opening guides the high pressure fluid to injectors or nozzles located on the turbine.
  • each injector At the outlet of each injector is formed a free jet of circular section which strikes on its cutting edge, blades in the form of symmetrical shells called buckets, separated by a sharp rib, which composes the turbine.
  • the fluid escapes laterally after having been deflected by 180 °, then falls by gravitation into a tarpaulin casing, which collects this fluid, which in turn is sucked in at low pressure by a pipe which connects the hydraulic pump associated with the primary motor and which forms a closed circuit.
  • the turbine After starting the engine and opening the valve, the turbine starts to move and is coaxial with the shaft and the propeller.
  • the originality of this device relates to the use of PELTON wheel-type action turbines which are generally used in hydroelectric plants for drop levels greater than 300m.
  • FIGS. 1 and 2 shows its operating principle, and the details of this turbine (3).
  • FIG. 1 represents a general operating plan, characterized by a primary motor (1), mechanical or otherwise, associated with a high pressure hydraulic pump (2) which is connected to the distributor valve by high and low pressure pipes, the fluid (6) being directed towards the dispensing valve (11) which in the direction of opening leads the high pressure fluid (6) into the pipes (4,5) which connect the injectors (7,8) located on the body of the turbine (3).
  • the high pressure jet drives the impeller formed of buckets (9) thus giving movement to the turbine (3).
  • FIG. 2 represents the turbine (3) which consists of double or separate blades (10), formed of symmetrical shells called buckets (9) and mounted on a shaft (13) coaxial with the propeller (12), separated by a sharp rib (15) projecting which under the action of the high pressure sets in motion, in the direction of opening of the valve (11).
  • the fluid (6) by gravity falls into a tarpaulin casing (14) and is sucked in at low pressure (16) by the hydraulic pump (2) which is part of the primary system and which forms a closed circuit. Forward or reverse travel is obtained depending on the opening direction of the valve (11).
  • FIG. 3 represents the mounting of a propeller (12 ′) which produces an adjustable jet of water (25), suitable for the turbine (3). It comprises a faired propeller (12 ′), coaxial with a shaft (13 ′) in a body (17), comprising in front of the propeller, an opening (19) for the admission of water and converges towards a nozzle (19), located downstream, in the axis of the propeller (12 ′).
  • This nozzle (19) comprises a method of orientation, or of closing the outlet water jet (25).
  • this method of orienting or closing the jet (25) consists of a sphere (20) held by axes, (21) and (22) which allow it to pivot in an angle of 360 °. Its function is to guide the outlet jet (25) coming from the nozzle (19). Depending on the orientation given to the sphere (20), it is possible to maneuver with good precision.
  • the sphere (20) rotates more than half on its axis, its side walls obstruct the nozzle (19) and, one obtains a backflow at the entry (18) which corresponds to the reverse.
  • the rotation of the sphere (20) is obtained by pulling the axis (21) which is itself connected, by a cable or the like to the control part (24).
  • the control is carried out from the cockpit and gives the direction of jet direction (25) therefore the direction of the ship.
  • the shaft (13 ′) can replace the shaft (13) of the turbine (3).
  • the propeller (12 ′) is of the axial type, it is self-dismantling thanks to the pyramid-shaped part (23) which holds it on the shaft (13 ′).
  • Technological solutions for simple and inexpensive industrial application can be found at each of the stages of production and adaptation to a given use of the present invention, for example: - manufacture of petrol or other engines, associated with a hydraulic pump high pressure forming the primary module, the control valve, the injectors and the hydraulic equipment available on the market. - realization of the turbine by molding, as well as the propeller shaft. - manufacture of high and low pressure pipes for this process.
  • this marine propellant is particularly competitive in the field of marine propulsion, where the achievements have remained in the traditional field. In addition, this competitiveness must naturally be found on the international market.
  • the advantage of this invention is to allow companies to cope with the importance of exports, to become the leader on the world market and to hold the monopoly of the market of marine engines and propulsion. We are in the presence of a simple, robust and reliable device which can be adapted to all pleasure boats up to large vessels (oil tankers).

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Abstract

L'invention concerne un dispositif permettant de faire l'objet de nombreuses adaptations spécifiques, par exemple, des systèmes multi-pompes et multi-turbines, chacune coaxiale permettant par exemple de répartir la charge sur l'arbre (13,13'), d'hélice (12,12') et d'augmenter encore la sécurité de fonctionnement. Il est constitué d'une turbine (3) à aubes doubles ou séparées (10) en forme de coquilles symétriques appelées augets (9) montée sur un arbre (13,13') qui est coaxial avec l'hélice (12,12'). On injecte un fluide à haute pression (6), commandé par une vanne (11), aux entrées des injecteurs (7) pour la marche avant et (8) pour la marche arrière. Le fluide, par gravitation, tombe dans un carter bâche (14) et est aspiré par la pompe hydraulique (2) qui fait partie de l'ensemble primaire, formant un circuit fermé.

Description

  • L'invention concerne un système de propulsion marine composé d' une turbine à action de type roue PELTON associée à un moteur et une pompe hydraulique qui la commande, et elle est coaxiale avec l'arbre et l'hélice. L'hélice peut être une hélice classique ou une hélice carénée.
  • Dans l'état des techniques antérieures et actuelles, en moteur marin, toutes les transmissions, aux turbines et à l'arbre d'hélice se font par des accouplements mécaniques divers, composés d'engrenages multiples ou par de nombreux pignons et de pièces qui assurent leur fonctionnement.
  • Tant en France qu'à travers le monde, les dispositifs connus utilisent des systèmes de retransmission et de commandes mécaniques, boite de vitesse complexe, engrenages et pignons fragiles et coûteux. Tous les moteurs et turbines actuels sont attenants, aucun moyen de les séparer donc de les disposer là ou l'on veut dans un navire pour être plus autonome, à cause de leur encombrement. S'il n'y a pas d'entretien pendant la période d'hivernage, pour les bateaux de plaisance ou autres, il y a risque de gel et donc de rupture de diverses pièces. La difficulté de leur dépannage est souvent due aux nombreuses marques concurrentes ; il faut donc se munir de pièces chez les dépositaires et concessionnaires. Dans les dépannages en mer, ou à quai, le système de module interchangeable n'est pas répandu, et l'intervention dans les cales pour le dépannage est trop souvent incommode. Les turbines existantes ne sont pas coaxiales avec l'arbre et l'hélice , les moteurs et turbines ne peuvent pas être éloignés, d'où l'importance d'avoir un emplacement précise pour la construction de certains navires pour leur mise en place.
  • La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients. Avec le système selon l'invention, on peut envisager, pour des navires de plaisance aux gros bâtiments, un montage classique de type "in-bord" avec presse-étoupe ou un montage de type "out-bord" donc sans perçage de la coque. Ce système permet la protection des mécanismes de transmission contre les chocs à l'hélice et l'absence de vibrations dues au moteur au niveau de l'arbre.
  • L'invention résoud le problème consistant à créer un système de propulsion marine constitué d'un moteur énergie mécanique primaire, à savoir, tous types de moteurs à essence ou autre, associé à une pompe hydraulique haute pression, qui fournit un fluide à haute pression commandé à sa sortie par une vanne distributrice, ce fluide reliant une turbine, par des tuyaux haute pression et basse pression. Le fluide utilisé peut être de l'eau, de l'huile ou tout autre liquide minéral ou organique.
  • Après la mise en route du moteur primaire qui entraine la turbine haute pression, il se forme un fluide haute pression commandé par une vanne de direction, qui selon le sens d'ouverture guide le fluide à haute pression à des injecteurs ou tuyères situées sur la turbine.
  • A la sortie de chaque injecteur se forme un jet libre de section circulaire qui frappe sur son tranchant, des aubes en forme de coquilles symétriques appelées augets, séparées par une nervure affutée, qui compose la turbine. Le fluide s'échappe latéralement après avoir été dévié de 180°, puis tombe par gravitation dans un carter bâche, qui recueille ce fluide, qui à son tour est aspiré en basse pression par un tuyau qui relie la pompe hydraulique associée au moteur primaire et qui forme un circuit fermé. Après la mis en route du moteur et ouverture de la vanne, la turbine se met en mouvement et elle est coaxiale avec l'arbre et l'hélice . Selon le sens d'ouverture de la vanne, qui change l'injection à la turbine, on a une marche avant et arrière souple et fiable. L'originalité de ce dispositif concerne l'utilisation de turbines à action de type roue PELTON qui sont en général utilisées dans les usines hydroélectriques pour des niveaux de chute supérieur à 300m.
  • Cependant, le calcul du nombre de tours spécifiques Ns :
    Figure imgb0001
     montre que ce principe peut s'appliquer à la propoulsion de tous les navires.
  • L'invention qui est exposée ci-après à l'aide des figures 1 et 2 montre son principe de fonctionnement, et les détails de cette turbine (3).
  • La figure 1 représente un plan général de fonctionnement, se caractérisant par un moteur primaire (1), mécanique ou autre, associé à une pompe hydraulique (2) à haute pression qui est relié à la vanne distributrice par des tuyaux haute et basse pression, le fluide (6) étant dirigé vers la vanne distributrice (11) qui selon le sens d'ouverture conduit le fluide haute pression (6) dans les tuyaux (4,5) qui relient les injecteurs (7,8) situés sur le corps de la turbine(3). Le jet à haute pression entraine la roue à aubes formée d'augets (9) donnant ainsi le mouvement à la turbine (3). Selon le sens de l'injection, nous pouvons avoir une marche avant ou arrière.
  • La figure 2 représente la turbine (3) qui se compose d'aubes (10) doubles ou séparées, formées de coquilles symétriques appelées augets (9) et montées sur un arbre (13) coaxial avec l'hélice (12), séparées par une nervure affutée (15) en saillie qui sous l'action de la haute pression se met en mouvement, selon le sens d'ouverture de la vanne (11). Le fluide (6) par gravitation tombe dans un carter bâche(14) et est aspiré en basse pression (16) par la pompe hydraulique (2) faisant partie du système primaire et qui forme un circuit fermé. Une marche avant ou arrière est obtenue selon le sen d'ouverture de la vanne (11).
  • La figure 3 représente le montage d'une hélice (12′) qui produit un jet d'eau (25) orientable, adpatable à la turbine (3). Il comprend une hélice (12′) carénée, coaxiale avec un arbre (13′) dans un corps (17), comportant en avant de l'hélice, une ouverture (19) pour l'admission de l'eau et converge vers une buse (19), située en aval, dans l'axe de l'hélice (12′).
  • Cette buse (19) comporte un procédé d'orientation, ou d'obturation du jet d'eau de sortie (25).
  • De préférence ce procédé d'orientation ou d'obturation du jet (25) est constitué par une sphère (20) maintenue par des axes, (21) et (22) qui lui permettent de pivoter dans un angle de 360°. Elle a pour fonction de guider le jet de sortie (25) issu de la buse (19). Selon l'orientation donnée à la sphère (20), on peut manoeuvrer avec une bonne précision. Quand la sphère (20) tourne de plus de la moitié sur son axe, ses parois de côté obstruent la buse (19) et, on obtient un refoulement à l'entrée (18) qui correspond à la marche arrière. La rotation de la sphère (20) est obtenue par la traction de l'axe (21) qui est lui-même relié, par un cable ou autre à la pièce de commande (24). La commande s'effectue depuis la cabine de pilotage et donne le sens de direction du jet (25) donc la direction du navire.
  • L'arbre (13′) peut remplace l'arbre (13) de la turbine (3). L'hélice (12′) est de type axial, elle est auto-démontable grâce à la pièce en forme de pyramide (23) qui la maintient sur l'arbre (13′).
  • Des solutions technologiques à l'application industrielle simple et peu coûteuse peuvent être trouvées à chacun des stades de la réalisation et de l'adaptation à une utilisation donnée de la présente invention, par exemple :
    - fabrication de moteurs essence, ou autre, associé à une pompe hydraulique haute pression formant le module primaire, la vanne de commande, les injecteurs et le matériel hydraulique se trouvant dans le commerce.
    - réalisation de la turbine par moulage, ainsi que de l'arbre d'hélice.
    - fabrication de tuyaux haute et basse pression pour ce procédé.
  • Par sa conception même, ce propulseur marin est particulièrement compétitif dans le domaine de la propulsion marine, où les réalisations sont restées dans le domaine traditionnel. De plus cette compétitivité doit naturellement se retrouver sur le marché international.
    L'avantage de cette invention est de permettre aux entreprises de faire face à l'importance des exportations, de devenir le leader sur le marché mondial et détenir le monopole du marché des moteurs marins et de la propulsion. NOus sommes en présence d'un dispositif simple, robuste et fiable qui peut être adapté à tous les bateaux de plaisance jusqu'aux gros bâtiments (pétroliers). On peut concevoir sa fabrication, par des industries actuelles, industries marines, ou de fabrication d'automobiles en se servant de moteurs de voitures, donc doubler leur production de vente de moteurs, ce qui n'est par négligeable, et faire aussi appel aux petites et moyennes entreprises pour la fabrication du moulage de la turbine et d'autres entreprises pour son assemblage, donc une véritable chaine économique, découle de cette invention.
    Les avantages de la présente invention sont les suivants :
    - suppression dans les commandes de tous navires, des boites de vitesse, de commande mécanique, ainsi qui des transmissions diverses (engrenages, pignons et autres).
    - obtention grâce à ce système d'un guidage souple et fiable pour toutes les embarcations.
    - la marche avant et arrière est obtenue directement sur la turbine par une commande simple.
    - le module moteur est réalisé à l'aide de tous moteurs mécaniques et pompes hydrauliques, du commerce, interchangeables, également utilisables pour les gros navires.
    - pièces de commande de la turbine la composant, se trouvent dans le commerce.
    - module turbine arbre d'hélice interchangeable, plusieurs peuvent être mis en place et commandés par un même moteur d'où une diversité dans la sécurité en mer.
    - le module moteur peut être réparé par n'importe quel mécanicien, puisqu'il n'est pas spécialisé pour la marine, donc fiable pour les dépannages dans le monde entier.
    - à l'arrêt la turbine est hiverné automatiquement.
    - le gros avantage est de positionner le moteur où veut sur le navire.
    - ce qui est appréciable c'est le gain de place et un encombrement réduit même pour les gros navires.
    - la turbine est coaxiale avec l'arbre et l'hélice, la transmission est directe.
    - possibilité de fabrication de propulseurs d'étraves par le même système, commandé par un moteur unique.
    - possibilité de stabilité verticale de sous-marins à n'importe quelle hauteur.

Claims (7)

1) système de propulsion marine utilisant un moteur (1) associé à une pompe hydraulique (2) caractérisé en ce que le fluide haute pression (6) sortant de la pompe (2) est envoyé, par l'intermédiaire d'injecteurs (7,8) à une turbine (3), à action de type roue PELTON, comportant des aubes (10) doubles ou séparées, munies d'augets (9).
2) Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que la roue de la turbine (3) est composée d'aubes (9) en forme de coquilles symétriques séparées par des nervues en saillie (15), la turbine (3) étant coaxiale avec un arbre (13) et une hélice (12).
3) Système selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que tout type de fluide (6) tombe, par gravitation, dans un carter bâche (14) et est aspiré en basse pression (16) par la pompe hydraulique (2), pour former un circuit fermé.
4) Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce le sens de mouvement de la turbine (3) dépend de l'injection du fluide (6) dans les injecteurs (7,8) selon le sens d'ouverture d'une vanne distributrice (11), donnant une marche avant et arrière.
5) Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que la turbine (3) est coaxiale avec un arbre (13′) et une hélice (12′).
6) Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'hélice (12′) est carénée dans un corps (17) comportant en avant de l'hélice (12′) une ouverture (18) pour l'admission de l'eau et converge vers une buse (19) située en aval dans l'axe de l'hélice (12′) et comporte des moyens d'orientation et/ou d'obturation du jet de sortie (25).
7) Système selon la revendication 5, caractérisé par le fait que les moyens d'orientation et/ou d'obturation sont constitués par une sphère (20).
EP19880402764 1987-11-04 1988-11-03 Système de propulsion marine utilisant une turbine à action du type roue PELTON associée à un moteur et une pompe hydraulique Withdrawn EP0316219A1 (fr)

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AU (1) AU2629788A (fr)
FR (1) FR2622531B1 (fr)
PT (1) PT88934A (fr)
WO (1) WO1989004275A1 (fr)

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AU2629788A (en) 1989-06-01
FR2622531A1 (fr) 1989-05-05
WO1989004275A1 (fr) 1989-05-18
PT88934A (pt) 1989-09-14
FR2622531B1 (fr) 1990-02-02

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