EP0317431A1 - Ship equipped with at least one jet propulsion - Google Patents

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EP0317431A1
EP0317431A1 EP88402881A EP88402881A EP0317431A1 EP 0317431 A1 EP0317431 A1 EP 0317431A1 EP 88402881 A EP88402881 A EP 88402881A EP 88402881 A EP88402881 A EP 88402881A EP 0317431 A1 EP0317431 A1 EP 0317431A1
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Jean-Pierre Guezou
Jacques Pichard
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Etat Francais
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    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H11/00—Marine propulsion by water jets

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Toys (AREA)

Abstract

Ship equipped with at least one jet propeller, consisting of a casing containing, between an inlet (3) tangential to the hull (2) and a rear water outlet (4), an upstream duct (5), a pump wheel (6), fixed straightening blades (7) and a hub (8) carried by the blades which forms, with the casing (9), an outlet nozzle (10). <??>The cross-section of the outlet nozzle (10) varies within small limits between the blades (7) and the outlet (4) by virtue of pipes (25, 26, 29) for injecting gas into the nozzle (10), which pipes are arranged in the vicinity of the downstream edge of the blades (7) and are connected by a circuit to means for supplying compressed air (16). The supply circuit comprises an outer annular housing (14) formed around the blades (7) in the casing and connected to the injection pipes (25, 26, 29). <??>Application to ships requiring a very high thrust. <IMAGE>

Description

L'invention concerne un navire pourvu d'au moins un propulseur à réaction constitué d'un carter contenant, entre une entrée tangente à la coque et une sortie arrière d'eau, un conduit amont, un rouet de pompe, des aubes redresseuses fixes et un moyeu porté par les aubes qui forme avec le car­ter une tuyère de sortie.The invention relates to a ship provided with at least one jet engine comprising a casing containing, between an inlet tangent to the hull and a rear water outlet, an upstream duct, a pump impeller, fixed straightening vanes. and a hub carried by the blades which forms with the casing an outlet nozzle.

Dans les propulseurs de ce type, on sait que la pompe fournit la pression nécessaire à la mise en vitesse de l'eau qui est ensuite accélérée par la convergence de la tuyère. Mais la pression ainsi appliquée sur les parois convergentes de la tuyère a pour résultante une force de traînée interne qui diminue d'autant la poussée du propul­seur.In thrusters of this type, it is known that the pump provides the pressure necessary to speed up the water which is then accelerated by the convergence of the nozzle. However, the pressure thus applied to the converging walls of the nozzle results in an internal drag force which reduces the thrust of the propellant accordingly.

L'invention a pour objet de remédier à cet inconvé­nient, et pour ce faire, la section de la tuyère de sortie varie dans de faibles limites et est avantageusement constan­te entre les aubes et la sortie, grâce à des tubulures d'injection dans la tuyère d'un gaz, qui est le plus souvent de l'air, tubulures disposées au voisinage du bord aval des aubes et reliées par un circuit à des moyens d'alimentation en gaz comprimé.The object of the invention is to remedy this drawback, and to do this, the section of the outlet nozzle varies within low limits and is advantageously constant between the blades and the outlet, thanks to injection pipes in the nozzle. of a gas, which is most often air, pipes arranged in the vicinity of the downstream edge of the blades and connected by a circuit to means for supplying compressed gas.

On conçoit que de la sorte, la tuyère n'étant plus convergente, la traînée interne est annulée au bénéfice de la poussée du propulseur, tandis que l'accélération de l'eau est sauvegardée par le plus grand volume du mélange eau-gaz.It is understood that in this way, the nozzle no longer converging, the internal drag is canceled in favor of the thruster of the propellant, while the acceleration of the water is saved by the greater volume of the water-gas mixture.

Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le circuit d'alimentation comprend une bâche an­nulaire extérieure formée autour des aubes dans le carter et reliée aux tubulures d'injection.According to a preferred embodiment of the invention, the supply circuit comprises an outer annular tank formed around the blades in the casing and connected to the injection pipes.

Cette disposition assure l'uniformité de la pres­sion du gaz autour des aubes et une certaine régulation de cette pression.This arrangement ensures the uniformity of the pressure of the gas around the blades and a certain regulation of this pressure.

La bâche extérieure peut déboucher directement dans les tubulures d'injection, constituées par un passage annu­laire entre le moyeu et le bord aval des aubes, par des ca­naux prévus dans les aubes. Elle peut enfin être reliée aux tubulures d'injection constituées cette fois par un passage annulaire le long des bords aval des aubes par des canaux prévus dans les aubes.The outer cover can open directly into the injection pipes, formed by an annular passage between the hub and the downstream edge of the blades, by channels provided in the blades. It can finally be connected to the injection pipes formed this time by an annular passage along the downstream edges of the blades by channels provided in the blades.

Ces diverses dispositions peuvent naturellement être combinées deux à deux et même être mises en oeuvre tou­tes trois simultanément. Elles présentent l'avantage d'assurer une très bonne répartition du gaz dans l'eau et donc d'éviter tout phénomène perturbateur pouvant engendrer des vibrations ou d'autres irrégularités de fonctionnement.These various arrangements can naturally be combined two by two and even be implemented all three simultaneously. They have the advantage of ensuring a very good distribution of the gas in the water and therefore of avoiding any disturbing phenomenon which may generate vibrations or other irregularities in operation.

Selon encore un perfectionnement entrant dans le cadre de l'invention, des moyens sont prévus pour faire va­rier la convergence de la tuyère. En effet, la dépense d'énergie supplémentaire nécessaire pour la compression et l'introduction du gaz peut ne pas être toujours justifiée et il est donc utile de pouvoir rendre à la tuyère sa convergen­ce classique pour l'utiliser sans injection de gaz.According to another improvement coming within the scope of the invention, means are provided for varying the convergence of the nozzle. In fact, the additional energy expenditure necessary for the compression and introduction of the gas may not always be justified and it is therefore useful to be able to restore the nozzle to its conventional convergence in order to use it without injecting gas.

Un certain nombre de modes de réalisation de l'invention sont maintenant décrits à titre d'exemples non limitatifs en référence aux dessins annexés dans lesquels :

  • - la figure 1 est une vue en coupe schématique par­tielle de la partie arrière d'un navire conforme à l'invention,
  • - la figure 2 est une vue en coupe à plus grande échelle de la partie arrière de l'un des propulseurs de ce navire,
  • - la figure 3 est une vue de l'arrière montrant la structure des aubes du propulseur,
  • - la figure 4 représente deux aubes successives en coupe selon une surface cylindrique matérialisée par la ligne IV-IV de la figure 2,
  • - la figure 5 est une vue en coupe à la même échel­le de la partie arrière d'un autre mode de réalisation du propulseur,
  • - la figure 6 est une vue de l'arrière montrant la structure des aubes de ce propulseur,
  • - et la figure 7 représente deux aubes successives de ce même propulseur en coupe selon une surface cylindrique matérialisée par la ligne VII-VII de la figure 5.
A certain number of embodiments of the invention are now described by way of nonlimiting examples with reference to the appended drawings in which:
  • FIG. 1 is a partial schematic sectional view of the rear part of a ship according to the invention,
  • FIG. 2 is a sectional view on a larger scale of the rear part of one of the thrusters of this ship,
  • FIG. 3 is a rear view showing the structure of the propeller blades,
  • FIG. 4 represents two successive blades in section along a cylindrical surface materialized by the line IV-IV of FIG. 2,
  • FIG. 5 is a sectional view on the same scale of the rear part of another embodiment of the propellant,
  • FIG. 6 is a rear view showing the structure of the blades of this propellant,
  • FIG. 7 represents two successive blades of this same propellant in section along a cylindrical surface materialized by the line VII-VII of FIG. 5.

On voit à la figure 1 la poupe 1 d'un navire et la partie voisine longitudinale de sa coque 2 entre lesquelles est monté l'un des deux propulseurs du navire, propulseur qui comprend entre une entrée tangente à la coque 3 et une sortie arrière 4 un conduit amont 5, un rouet de pompe 6, des aubes redresseuses fixes 7 portant un moyeu 8 qui forme avec la partie 9 arrière du carter une tuyère 10.We see in Figure 1 the stern 1 of a ship and the adjacent longitudinal part of its hull 2 between which one of the ship's two thrusters is mounted, a thruster which comprises, between an inlet tangent to the hull 3 and a rear outlet 4, an upstream duct 5, a pump impeller 6, stationary straightening vanes 7 carrying a hub 8 which forms with the rear part 9 of the casing a nozzle 10.

La figure 2 représente plus en détail la bâche ex­térieure 14 constituée par un carter annulaire 14a relié à l'avant en 14b et à l'arrière en 14c au carter principal du propulseur. La paroi intérieure de la bâche annulaire est constituée par un anneau extérieur 18 solidaire des aubes 7 comme l'anneau intérieur 19. Un second carter annulaire 20 solidaire de cet ensemble est fixé sur la coquille 21 du moyeu 8 en 22 pour former une bâche intérieure 23.Figure 2 shows in more detail the outer cover 14 constituted by an annular casing 14a connected at the front at 14b and at the rear at 14c to the main casing of the propellant. The inner wall of the annular cover is constituted by an outer ring 18 secured to the vanes 7 like the inner ring 19. A second annular casing 20 secured to this assembly is fixed to the shell 21 of the hub 8 at 22 to form an inner cover 23.

Les anneaux extérieurs 18 et intérieurs 19, ainsi que les aubes 7, sont traversés par des canaux 24 qui relient donc la bâche extérieure 14 à la bache intérieure 23.The outer 18 and inner 19 rings, as well as the vanes 7, are traversed by channels 24 which therefore connect the outer cover 14 to the inner cover 23.

La bâche extérieure 14 et le bord aval des aubes et de l'anneau 18 sont séparés par une tubulure annulaire en forme de fente 25 qui débouche sous une faible incidence dans la tuyère 10. De la même manière le bord aval des aubes et l'anneau 19 sont séparés de la cloison arrière de la bâche intérieure 23 par une tubulure annulaire en forme de fente 26 qui débouche sous une faible incidence dans la tuyère 10.The outer cover 14 and the downstream edge of the blades and of the ring 18 are separated by an annular tube in the form of a slot 25 which opens at low incidence into the nozzle 10. In the same way the downstream edge of the blades and the ring 19 are separated from the rear partition of the inner cover 23 by an annular tube in the form of a slot 26 which opens at a low angle into the nozzle 10.

Pour illustrer clairement ces deux tubulures annu­laires en forme de fente 25 et 26, on a représenté en traits mixtes à la figure 3 l'arête avant 27 de la bâche extérieure et l'arête avant 28 de la bâche intérieure.To clearly illustrate these two annular tubes in the form of a slot 25 and 26, the front edge 27 of the external cover and the front edge 28 of the internal cover are shown in dashed lines in FIG. 3.

On notera que le carter 9 a été représenté au bas de la figure 2 dans une position 9a telle que la section de la tuyère est constante depuis les aubes jusqu'à la sortie 4. En d'autres termes, la section de l'anneau délimité en aval des aubes par le moyeu 8 et le carter 9A est la même ou à peu près la même que la section de la sortie 4. Au contraire, la portion de carter 9 a été représentée au haut de la figure 2 dans une position 9B classique pour les propulseurs de ce ty­pe, c'est-à-dire nettement plus convergente, de telle sorte que la section de la sortie 4 est bien inférieure à la sec­tion de l'anneau situé en aval des aubes. Le passage d'une section à l'autre se fait par le mécanisme 17 de façon connue.It will be noted that the casing 9 has been shown at the bottom of FIG. 2 in a position 9a such that the section of the nozzle is constant from the blades to the outlet 4. In other words, the section of the ring delimited downstream of the blades by the hub 8 and the casing 9A is the same or approximately the same as the section of the outlet 4. On the contrary, the casing portion 9 has been shown at the top of FIG. 2 in a position 9B conventional for thrusters of this type, that is to say much more convergent, so that the section of the outlet 4 is much smaller than the section of the ring located downstream of the blades. The passage of a section to the other is done by the mechanism 17 in a known manner.

Les figures 5, 6 et 7 représentent un autre mode de réalisation de l'invention dans lequel les aubes présentent sur leur bord arrière des tubulures rectilignes en forme de fente 29 permettant une injection d'air parallèle au flux de l'eau traversant les aubes. Ces fentes 29 sont reliées à la bâche d'alimentation extérieure 14 par des canaux 30 prévus dans chacune des aubes 7 et dans l'anneau extérieur 31, qui sont des canaux curvilignes à section pratiquement constante.Figures 5, 6 and 7 show another embodiment of the invention in which the blades have on their rear edge rectilinear tubes in the form of a slot 29 allowing an injection of air parallel to the flow of water passing through the blades . These slots 29 are connected to the external supply cover 14 by channels 30 provided in each of the vanes 7 and in the external ring 31, which are curvilinear channels of practically constant section.

Dans cette réalisation l'anneau intérieur 32, qui n'est pas percé, est relié directement à la coquille 21 du moyeu 8 en 33.In this embodiment, the inner ring 32, which is not pierced, is connected directly to the shell 21 of the hub 8 at 33.

On sait que pour les navire de ce type, la poussée est obtenue classiquement par l'accélération de l'eau dans la tuyère 10 lorsque le carter est dans la position 9B, la tuyè­re offrant alors des sections décroissantes. Mais la traînée interne résultant de la pression exercée par l'eau précisé­ment contre le carter 9B diminue d'autant la poussée du pro­pulseur.It is known that for ships of this type, the thrust is conventionally obtained by the acceleration of the water in the nozzle 10 when the casing is in position 9B, the nozzle then offering decreasing sections. But the internal drag resulting from the pressure exerted by the water precisely against the casing 9B reduces the thrust of the propellant all the more.

Si l'utilisateur du navire désire bénéficier d'une poussée supérieure, il lui faut agir de sorte à déplacer, par le mécanisme 17, le carter de la tuyère de la position 9B à la position 9A et la traînée se trouve annulée.If the user of the vessel wishes to benefit from a higher thrust, he must act so as to move, by mechanism 17, the nozzle casing from position 9B to position 9A and the drag is canceled.

Par contre, les sections successives de la tuyère augmentent d'une quantité matérialisée aux figures 2 et 5 par la zone triangulaire située au-dessous du trait mixte tracé au voisinage du carter 9A et il faut donc aussi mettre en marche le compresseur 16 dont le rôle est précisément de com­penser cette augmentation de volume par de l'air injecté au niveau des aubes, air dont la pression va diminuer au fur et à mesure de son cheminement dans la tuyère 10 pour atteindre la pression atmosphérique à la sortie 4 et dont le volume va donc augmenter en proportion inverse.On the other hand, the successive sections of the nozzle increase by an amount materialized in FIGS. 2 and 5 by the triangular zone located below the dashed line drawn in the vicinity of the casing 9A and it is therefore also necessary to start the compressor 16, the role is precisely to compensate for this increase in volume with air injected at the blades, air whose pressure will decrease as it travels through the nozzle 10 to reach atmospheric pressure at outlet 4 and whose volume will therefore increase in inverse proportion.

Les essais effectués par 1a demanderesse ont montré qu'une injection d'air aboutissant à un volume d'air égal au volume de l'eau à la pression atmosphérique aboutit à un croissement relatif de poussée de plus de 50% par rapport à la poussée obtenue avec le carter dans la position 9B et sans injection d'air. Il est possible d'obtenir des augmentations de poussée de l'ordre de 75 % par injection d'une quantité d'air encore supérieure pouvant atteindre trois fois le volu­me de l'eau, toujours à la pression atmosphérique.The tests carried out by the applicant have shown that an injection of air resulting in an air volume equal to the volume of water at atmospheric pressure results in a relative increase in thrust of more than 50% compared to the thrust obtained with the casing in position 9B and without air injection. It is possible to obtain increases in thrust of the order of 75% by injecting an even greater quantity of air which can reach three times the volume of water, always at atmospheric pressure.

On comprend que des navires de haute performance pour lesquels le rendement n'est pas un facteur déterminant peuvent ne pas comporter de mécanismes du genre 17, le carter 9 étant alors définitivement monté dans la position 9A.It is understood that high performance vessels for which the performance is not a determining factor may not include mechanisms of the 17 type, the casing 9 then being definitively mounted in the position 9A.

Par contre, dans les cas les plus fréquents, des pointes de poussée dépassant de 50 à 75 % la poussée maximum nominale du navire ne sont nécessaires que dans des circons­tances exceptionnelles, en particulier pour les déjaugeages qui sont des phases de fonctionnement du navire perturbatri­ces et pour des accélérations brutales qui peuvent se révéler utiles de temps en temps. C'est pourquoi, il est apparu avan­tageux de pouvoir n'utiliser l'injection d'air conforme à l'invention que pendant ces périodes relativement brèves puisqu'elle correspond à une baisse de rendement due à l'énergie consommée par le compresseur.On the other hand, in the most frequent cases, thrust peaks exceeding by 50 to 75% the maximum nominal thrust of the ship are only necessary in exceptional circumstances, in particular for the planings which are disturbing phases of operation of the ship and for brutal accelerations which can be useful from time to time. This is why it appeared advantageous to be able to use the air injection according to the invention only during these relatively short periods since it corresponds to a drop in efficiency due to the energy consumed by the compressor.

En ce qui concerne maintenant les variantes de réa­lisation de l'invention, il est à noter que l'injection exté­rieure décrite à la figure 2, spécialement pour de petits navires, pourrait en principe être utilisée seule, auquel cas les canaux 14, la bâche intérieure 23 et les fentes 26 ne sont plus nécessaires. Théoriquement, l'injection intérieure par les fentes 26 pourrait également être utilisée seule au­quel cas les fentes 25 sont à supprimer.As regards now the alternative embodiments of the invention, it should be noted that the external injection described in FIG. 2, especially for small vessels, could in principle be used alone, in which case the channels 14, the sheet interior 23 and slots 26 are no longer required. Theoretically, the internal injection through the slots 26 could also be used alone in which case the slots 25 are to be eliminated.

Enfin, l'une ou l'autre des injections extérieure et intérieure, ainsi que les deux, peuvent s'utiliser en com­binaison avec l'injection par les fentes 29 puisqu'il suffit pour ce faire de relier ces fentes 29 des figures 5 à 7 aux canaux 24 des figures 2 à 4.Finally, one or the other of the external and internal injections, as well as both, can be used in combination with the injection via the slots 29 since it suffices to do this by connecting these slots 29 of FIGS. 7 to the channels 24 of FIGS. 2 to 4.

Claims (8)

1 - Navire pourvu d'au moins un propulseur à réac­tion constitué d'un carter contenant, entre une entrée (3) tangente à la coque (2) et une sortie arrière d'eau (4), un conduit amont (5), un rouet de pompe (6), des aubes redres­seuses fixes (7) et un moyeu (8) porté par les aubes qui for­me avec le carter (9) une tuyère de sortie (10), caractérisé en ce que la section de la tuyère de sortie (10) varie dans de faibles limites entre les aubes (7) et la sortie (4) grâce à des tubulures d'injection de gaz (25, 26, 29) dans la tuyè­re (10) disposées au voisinage du bord aval des aubes (7) et reliées par un circuit à des moyens d'alimentation en gaz comprimé (16).1 - Vessel provided with at least one jet engine comprising a casing containing, between an inlet (3) tangent to the hull (2) and a rear water outlet (4), an upstream conduit (5), a pump impeller (6), fixed straightening vanes (7) and a hub (8) carried by the vanes which forms with the casing (9) an outlet nozzle (10), characterized in that the section of the nozzle outlet (10) varies within small limits between the blades (7) and the outlet (4) by means of gas injection pipes (25, 26, 29) in the nozzle (10) arranged in the vicinity of the downstream edge vanes (7) and connected by a circuit to compressed gas supply means (16). 2 - Navire selon la revendication 1, caractérisé en ce que la section de la tuyère (10) de sortie est constante.2 - Ship according to claim 1, characterized in that the section of the outlet nozzle (10) is constant. 3 - Navire selon la revendication 1 ou 2, caracté­risé en ce que le gaz est de l'air.3 - Ship according to claim 1 or 2, characterized in that the gas is air. 4 - Navire selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le circuit d'alimentation comprend une bâche annulaire extérieure (14) formée autour des aubes (7) dans le carter et reliée aux tubulures d'injection (25, 26, 29).4 - Ship according to one of claims 1 to 3, characterized in that the supply circuit comprises an outer annular cover (14) formed around the blades (7) in the casing and connected to the injection pipes (25, 26, 29). 5 - Navire selon la revendication 4, caractérisé en ce que la bâche extérieure (14) débouche directement dans les tubulures d'injection, constituées par un passage annulaire (25) entre le carter et le bord aval des aubes.5 - Ship according to claim 4, characterized in that the outer cover (14) opens directly into the injection pipes, constituted by an annular passage (25) between the casing and the downstream edge of the blades. 6 - Navire selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que la bâche extérieure (14) est reliée aux tubulures d'injection, constituées par un passage annulaire (26) entre le moyeur(8) et le bord aval des aubes, par des canaux (24) prévus dans les aubes (7) et une bâche intérieure (23) formée dans le moyeu (8) au niveau des aubes.6 - Ship according to one of claims 4 and 5, characterized in that the outer cover (14) is connected to the injection pipes, constituted by an annular passage (26) between the hub (8) and the downstream edge of the blades by channels (24) provided in the blades (7) and an inner cover (23) formed in the hub (8) at the blades. 7 - Navire selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que la bâche extérieure (14) est reliée aux tubulures d'injection, constituées par un passage annulaire (29) le long des bords aval des aubes, par des canaux (30) prévus dans les aubes.7 - Ship according to one of claims 4 to 6, characterized in that the outer cover (14) is connected to the injection pipes, constituted by an annular passage (29) along the downstream edges of the blades, by channels (30) provided in the blades. 8 - Navire selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que des moyens (17) sont prévus pour faire varier la convergence de la tuyère 10.8 - Ship according to one of claims 1 to 7, characterized in that means (17) are provided for varying the convergence of the nozzle 10.
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