FR3102139A1 - Dispositif de propulsion hydraulique formant pompe helice et navire equipe d'un tel dispositif - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un dispositif de propulsion hydraulique formant pompe hélice et un navire équipé d'un tel dispositif. Selon l'invention, le dispositif de propulsion hydraulique (3) est caractérisé en ce qu'il comprend deux stators (12) disposés dans le corps creux (6) de part et d'autre du moyeu (9) et des pales (10) du rotor (8), chaque stator (12) comprenant au moins deux montants radiaux fixes (14) de support du rotor (8) dans le corps creux (6) et qui sont profilés pour former des ailettes et au moins deux volets (20) disposés en regard des pales (10) du rotor (8) et montés à pivotement commandé respectivement le long des bords des deux montants (14). L'invention trouve application notamment à des navires de surface. Figure pour l’abrégé : FIGURE 3
Description
La présente invention concerne un dispositif de propulsion hydraulique formant pompe hélice notamment pour navire, ainsi qu'un navire équipé d'un tel dispositif.
Le document FR 2 869 586 divulgue un dispositif de propulsion hydraulique formant pompe hélice pour navire, comprenant une nacelle suspendue à une jambe de support montée sous la carène du navire, une hélice à pales constituant le rotor d'une pompe hélice et montée dans une tuyère située à l'arrière de la nacelle, l'hélice étant solidaire en rotation d'un arbre de transmission relié à un moteur, et des ailerons montés dans la tuyère en amont de l'hélice pour constituer un stator de la pompe hélice.
La jambe de support de la nacelle peut pivoter relativement à la carène du navire notamment de 180° par rapport à la position de propulsion normale pour arriver à une position de propulsion de marche arrière.
Cependant, cette conception du dispositif de propulsion pour navire est extrêmement complexe et coûteuse et nécessite le pivotement de l'ensemble à nacelle, stator et hélice de 180° pour passer de la position de propulsion de marche avant à la position de propulsion de marche arrière.
La présente invention a pour but de pallier les inconvénients ci-dessus de ce dispositif de propulsion hydraulique formant pompe hélice.
A cet effet, selon l'invention, le dispositif de propulsion hydraulique formant pompe hélice notamment pour navire, comprenant un corps externe creux constituant une conduite ouverte à ses deux extrémités, un rotor hydraulique monté rotatif dans le corps creux autour d'un axe de symétrie du corps creux et comportant un moyeu sur lequel sont fixées au moins deux pales en forme d'hélice s'étendant jusqu'à la face périphérique interne du corps creux, est caractérisé en ce qu'il comprend deux stators disposés dans le corps creux de part et d'autre du moyeu et des pales du rotor hydraulique, chaque stator comprenant au moins deux montants radiaux fixes de support du rotor hydraulique dans le corps creux et qui sont profilés pour former des ailettes et au moins deux volets disposés en regard des pales du rotor hydraulique et montés à pivotement commandé respectivement le long des bords des deux montants radiaux fixes.
De préférence, chaque pale du rotor hydraulique est en un matériau composite à fibres de carbone.
Avantageusement, chaque pale comporte, intégré dans celle-ci, un matériau viscoélastique, tel qu'un matériau élastomère.
Selon un premier mode de réalisation, les moyens de commande du pivotement des volets des montants radiaux fixes situés d'un même côté des pales du rotor hydraulique comprennent une couronne pouvant coulisser dans une gorge radialement externe du corps creux et au moins des organes reliant la couronne respectivement à deux axes de pivotement des volets relativement aux montants radiaux fixes pour transformer le coulissement d'un angle déterminé de la couronne dans la gorge radialement externe en un pivotement simultané des volets d'un angle correspondant.
Chaque organe de liaison est une barre franche.
Selon un second mode de réalisation, les moyens de commande du pivotement des volets des montants radiaux fixes situés d'un même côté des pales du rotor hydraulique comprennent une couronne extérieurement dentée pouvant coulisser dans une gorge radialement externe du corps creux et au moins deux ensembles reliant la couronne extérieurement dentée respectivement à deux axes de pivotement des volets relativement aux montants radiaux fixes pour transformer le coulissement d'un angle déterminé de la couronne extérieurement dentée dans la gorge radialement externe en un pivotement simultané des volets d'un angle correspondant.
Chaque ensemble de liaison comprend une roue dentée en engrènement avec la couronne extérieurement dentée, une vis sans fin solidaire de la roue dentée et qui est en engrènement avec une autre roue dentée solidaire d'une extrémité de l'axe de pivotement du volet correspondant.
Selon un troisième mode de réalisation, les moyens de commande du pivotement des volets des montants radiaux fixes situés d'un même côté des pales du rotor hydraulique comprennent une couronne latéralement dentée pouvant coulisser dans une gorge radialement externe du corps creux et au moins deux organes reliant la couronne latéralement dentée respectivement à deux axes de pivotement des volets relativement aux montants radiaux fixes pour transformer le coulissement d'un angle déterminé de la couronne latéralement dentée dans la gorge radialement externe en un pivotement simultané des volets d'un angle correspondant.
Chaque organe de liaison comprend une roue dentée en engrènement avec la couronne latéralement dentée et qui est solidaire d'une extrémité de l'axe de pivotement du volet correspondant.
L'invention vise également un navire caractérisé en ce qu'il est équipé d'au moins un dispositif de propulsion tel que défini précédemment et qui est fixé sous la carène du navire en arrière de ce dernier.
Avantageusement, les moyens de commande du pivotement des volets des rotors situés de part et d'autre des pales du rotor hydraulique permettent de sélectivement positionner les volets dans un sens assurant le redressement efficace du flux d'eau circulant à travers le corps creux suivant des conditions de vie du navire comprenant sa vitesse de déplacement en marche avant ou arrière, sa charge et/ou sa puissance motrice.
De préférence, les moyens de commande du pivotement des volets situés de chaque côté des pales du rotor hydraulique comprennent un vérin hydraulique ou pneumatique, dont le cylindre est solidaire de la carène du navire et la tige est solidaire de la couronne pour permettre le coulissement de la couronne dans la gorge radialement externe du corps creux lorsque le vérin est piloté pour modifier la position angulaire des volets relativement aux montants fixes du stator correspondant.
Le rotor hydraulique est entrainé en rotation par une ligne d'arbre longitudinal d'entraînement du navire accouplée à un moteur de propulsion, tel qu'un moteur thermique ou électrique.
Le corps creux du dispositif de propulsion est en forme de tuyère et est fixé sous la carène du navire.
L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement dans la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant trois modes de réalisation de l'invention et dans lesquels :
En se reportant tout d'abord aux figures 1 et 2, la référence 1 désigne un navire de surface, tel que par exemple un porte-conteneurs, qui est équipé sous la carène 2 de celui-ci et à sa partie arrière d'un dispositif de propulsion formant pompe hélice 3 conforme à l'invention, disposé à proximité d'un safran arrière 4 en avant de ce dernier.
Cependant, le dispositif de propulsion formant pompe hélice 3 peut équiper d'autres types de navires de surface, tels que par exemple des ferries, des navires à passagers, mais il peut également équiper des navires militaires de surface, tels que par exemple des frégates, des chasseurs de mines ou d'autres bâtiments militaires de navigation tels que des sous-marins.
Comme représenté en , le dispositif de propulsion formant pompe hélice 3 est accouplé à une ligne d'arbre d'entraînement 5 s'étendant longitudinalement au navire 1 et qui est accouplée à un arbre de sortie d'un moteur du navire, tel qu'un moteur thermique ou un moteur électrique, non représenté, logé dans le navire 1.
Le dispositif de propulsion formant pompe hélice 3 de l'invention est représenté suivant un premier mode de réalisation aux figures 3-6 et 9-14.
En se reportant à ces figures, le dispositif de propulsion hydraulique formant pompe hélice 3 comprend un corps externe creux 6 constituant une conduite ouverte à ses deux extrémités et qui est fixé à la carène 2 du navire 1 par l'intermédiaire d'une partie de support 7 solidaire de la carène 2. Le corps creux est en forme d'une tuyère dont la section transversale diminue de l'avant vers l'arrière du navire 1.
Le dispositif de propulsion hydraulique formant pompe hélice comprend en outre un rotor hydraulique 8 monté à rotation dans le corps creux 6 autour d'un axe de symétrie X-X' du corps creux 6.
Le rotor hydraulique 8 comprend un moyeu 9 sur lequel sont fixées au moins deux pales 10, par exemple au nombre de huit. Les pales 10 sont en forme d'hélice s'étendant jusqu'à la face périphérique interne 6a du corps creux 6.
Lorsque le rotor hydraulique 8 tourne dans le sens indiqué par la flèche F1 en de façon à exercer une poussée allant dans le sens d'avancement en marche avant du navire 1 indiqué par la flèche AV, l'écoulement de l'eau suivant un débit déterminé au travers du corps creux 6 du dispositif de propulsion 3 s'effectue dans le sens inverse comme symbolisé par les différentes flèches de la . Par contre, lorsque le rotor hydraulique 8 tourne dans le sens inverse symbolisé par la flèche F2 en de façon à exercer une poussée allant dans le sens de marche arrière du navire 1 symbolisé par la flèche AR, l'écoulement de l'eau suivant un débit déterminé à travers le corps creux 6 du dispositif de propulsion formant pompe hélice 3 s'effectue dans le sens inverse de la flèche AR comme symbolisé par les flèches de la .
Le dispositif de propulsion formant pompe hélice 3 comprend également deux stators 12 disposés dans le corps creux 6 de part et d'autre du moyeu 9 et des pales 10 du rotor hydraulique 8.
Chaque stator 12 comprend au moins deux montants radiaux fixes 14, par exemple au nombre de huit, pouvant correspondre au nombre de pales 10 du rotor hydraulique 8 et qui permettent de supporter le rotor hydraulique 8 dans le corps creux 6.
Plus précisément, le moyeu 9 du rotor hydraulique 8 est disposé entre deux parties fixes axialement opposées 16, 18, chacune supportée par les montants 14 du stator correspondant 12. Ainsi, les montants 14 d'un stator 12 sont d'une part solidaires radialement de la partie fixe 16 et d'autre part de la face interne 6a du corps creux 6 tandis que les montants fixes 14 de l'autre stator 12 sont solidaires d'une part radialement et l'autre partie fixe 18 et d'autre part de la face interne 6a du corps creux 6. De la sorte, les parties fixes 16, 18 sont maintenues dans le corps creux 6 par les montants fixes 14 des deux stators 12 coaxialement à l'axe de symétrie X-X'.
L'entraînement en rotation du rotor hydraulique 8 est assuré par la ligne d'arbre 5 traversant les parties fixes d'extrémités 16, 18 en étant montée à rotation dans celles-ci par des paliers de roulement, non représentés, et le moyeu 9 du rotor hydraulique 8 est accouplé en rotation à la ligne d'arbre 5 par l'intermédiaire, par exemple, de cannelures, le moyeu 9 étant immobilisé en translation entre les deux parties fixes d'extrémités 16, 18.
Les montants radiaux 14 des deux stators 12 sont profilés pour former des ailettes et chaque stator comprend en outre des volets 20 également profilés en ailettes et qui sont montés à pivotement commandé respectivement le long des bords des montants radiaux 14 de ce stator en étant disposés en regard des pales 10 du rotor hydraulique 8.
De préférence, chaque volet 20 est fixé le long du bord du montant radial correspondant 14 par une charnière d'articulation dont l'axe 22 traverse les charnons du montant 14 et du volet 20 en étant solidaire des charnons de ce volet pour assurer le pivotement du volet 20 relativement au montant 14.
Selon un premier mode de réalisation, les moyens de commande du pivotement des volets 20 relativement aux montants 14 situés d'un même côté des pales 10 du rotor hydraulique 8 comprennent une couronne 24 pouvant coulisser dans une gorge radialement externe 26 du corps creux 6 et des organes 28 reliant la couronne 24 respectivement aux axes 22 de pivotement des volets 20 relativement aux montants 14 pour transformer le coulissement d'un angle déterminé de la couronne 24 dans la gorge 26 en un pivotement simultané des volets 20 d'un angle correspondant.
De préférence, chaque organe de liaison 28 est constitué par une barre franche située à l'extérieur du corps creux 6 et dont une extrémité est solidaire d'une excroissance 30 faisant saillie de la couronne 24 à l'extérieur du corps creux 6 perpendiculairement à celle-ci et son extrémité opposée est accouplée à une extrémité de l'axe de pivotement 22 faisant saillie du corps creux 6 au travers de sa paroi latérale périphérique. Plus précisément, l'extrémité de la barre franche 28 solidaire de l'excroissance 30 traverse un trou oblong 32 de l'excroissance 30 s'étendant sensiblement parallèlement à la couronne 24 et l'extrémité opposée de la barre franche 28 est solidaire d'une pièce en étrier 34 entre les branches de laquelle est fixé un carré 36 solidaire de l'extrémité externe de l'axe de pivotement 22. Ainsi, lorsque la couronne 24 est déplacée par coulissement dans la gorge 26 d'un angle déterminé, la barre franche 28 est manœuvrée par l'excroissance 30 pour entraîner en rotation dans le sens correspondant et d'une valeur d'angle déterminée l'axe 22 pour faire pivoter le volet correspondant 20.
Le déplacement par coulissement de chaque couronne 24 dans la gorge correspondante 26 est assuré par un vérin externe 38 disposé dans un plan passant sensiblement dans le plan médian de symétrie de la couronne 24 et au-dessus de cette dernière. Ce vérin, qui peut être du type hydraulique ou pneumatique, a son cylindre 40 solidaire, par l'intermédiaire d'une chape 42, de la partie de support 7 du corps creux 6 sous la carène 2 du navire 1 et sa tige 44 montée articulée à une chape 46 solidaire de la couronne 24 extérieurement à cette dernière. Ainsi, le pilotage du vérin 38 permet le déplacement par coulissement de la couronne 24 dans la gorge correspondante 26 dans un sens angulaire ou dans l'autre suivant le sens de déplacement de la tige 44 du vérin 38 pour provoquer le pivotement simultané dans le sens correspondant des volets 20 relativement aux montants 14.
Selon le second mode de réalisation représenté en , les moyens de commande du pivotement des volets 20 relativement aux montants 14 situés d'un même côté du moyeu 9 et des pales 10 du rotor hydraulique 8 comprennent une couronne extérieurement dentée 48 pouvant coulisser dans une gorge radialement externe 50 du corps creux 6 et des ensembles reliant la couronne extérieurement dentée 48 respectivement aux axes 22 de pivotement des volets 20 relativement aux montants 14 pour transformer le coulissement d'un angle déterminé de la couronne extérieurement dentée 48 dans la gorge 50 en un pivotement simultané des volets 20 d'un angle correspondant.
De préférence, chaque ensemble de liaison comprend une roue dentée 52 en engrènement avec la couronne extérieurement dentée 48, une vis sans fin 54 solidaire de la roue dentée 52 et qui est en engrènement avec une autre roue dentée 56 solidaire d'une extrémité de l'axe 22 de pivotement du volet correspondant 20, la roue dentée 26 étant perpendiculaire à l'axe 22 et perpendiculaire à la roue dentée 52. Bien entendu, la vis sans fin 54 est montée à rotation relativement au corps creux 6 en étant immobilisée en translation relativement à celui-ci dans une partie de support 57 solidaire extérieurement du corps creux.
Chaque couronne extérieurement dentée 48 peut être déplacée par coulissement dans la gorge 50 dans le sens horaire ou le sens anti-horaire par un vérin, non représenté, identique au vérin 38 permettant de déplacer par coulissement la couronne 24 dans la gorge 26. Ce vérin est monté entre la couronne 48 et la partie du support 7 du corps creux 6 à la carène 2 de façon identique à chaque vérin 38 du premier mode de réalisation.
Ainsi, lorsque le vérin commande le déplacement par coulissement de la couronne extérieurement dentée 48 dans la gorge 50 dans le sens horaire ou le sens anti-horaire, les roues dentées 52 sont entraînées en rotation pour entraîner également en rotation les vis sans fin 54 qui entraînent à leur tour en rotation les autres roues dentées 56 pour provoquer l'entraînement en rotation des axes 22 de pivotement simultané des volets 20 relativement aux montants 14.
Selon le troisième mode de réalisation représenté en , les moyens de commande du pivotement des volets 20 des montants 14 de chaque stator comprennent une couronne 58 latéralement dentée sur l'un de ses flancs et qui peut coulisser dans une gorge radialement externe 60 du corps creux 6 et des organes 62 reliant la couronne latéralement dentée respectivement aux axes de pivotement 22 des volets 20 relativement aux montants 14 de chaque stator.
De préférence, les organes de liaison 62 sont constitués par des roues dentées solidaires respectivement des extrémités externes au corps creux 6 des axes 22 de pivotement des volets du stator correspondant, lesquels roues dentées s'étendent perpendiculairement à la couronne 58 en étant en engrènement avec les dents latérales de celle-ci.
Comme pour les deux précédents modes de réalisation, le déplacement par coulissement de chaque couronne 58 dans la gorge correspondante 60 d'un angle déterminé est assuré par un vérin dont la liaison entre la couronne 58 et la partie de support 7 du corps creux 6 est identique à celle précédemment décrite en liaison avec les deux autres modes de réalisation. Il est donc inutile de détailler à nouveau la structure d'assemblage de ce vérin de commande.
Ainsi, lorsque le vérin associé à la couronne 58 de chaque stator est piloté, la couronne 58 coulisse dans la gorge 60 dans un sens et d'un angle déterminé par le vérin pour provoquer la rotation des roues dentées 62 et le pivotement simultané des volets 20 relativement aux montants 14 de ce stator d'un angle correspondant.
De préférence, chaque pale 10 du rotor hydraulique 8 est réalisée en un matériau composite à fibres de carbone. L'utilisation de matériau composite pour les pales 10 du rotor hydraulique 8 permet d'amortir le bruit et les vibrations issues du dispositif de propulsion formant pompe hélice 3. En outre, l'orientation des fibres de carbone du matériau composite des pales permet de maîtriser par la pression de l'eau la déformation de chaque pale 10 en fonction de la vitesse de rotation du rotor hydraulique 8, de la puissance e/ou de la vitesse d'avancement du navire 1. Ainsi, chaque pale 10 du rotor hydraulique 8 peut se vriller de manière contrôlée en fonction de la vitesse de rotation du rotor, de la puissance et/ou de la vitesse d'avancement du navire ainsi que de la charge de ce navire. La pale 10 peut donc se déformer de manière quasi optimale pour créer la différence de vrillage qui permet à cette pale de fonctionner dans des conditions optimales à plusieurs conditions de navigation différentes. La présence des fibres de carbone dans chaque pale en matériau composite permet également de réduire l'épaisseur du profil de chaque pale, améliorant de la sorte le rendement du dispositif de propulsion formant pompe hélice 3. Enfin, la fabrication en matériau composite des pales 10 permet de réduire considérablement la masse du rotor hydraulique 8 et d'éliminer radicalement les problèmes de corrosion et de cavitation des pales de ce rotor.
Avantageusement, comme représenté en , un matériau viscoélastique 11, tel qu'un matériau élastomère, est intégré dans chacune des pales 10 du rotor hydraulique 8. L'intégration de matériau viscoélastique dans les pales permet d'atténuer les bruits et les vibrations. En effet, en intégrant le matériau viscoélastique dans chaque pale 10 entre deux faces de celle-ci qui travaillent en traction-compression, le matériau viscoélastique va travailler en cisaillement de par la différence de raideurs entre le matériau composite de la pale et celle du matériau viscoélastique. De la sorte, les ondes qui traversent chaque pale rencontrent une forte dissipation d'énergie engendrant une atténuation du bruit.
On se reporte maintenant aux figures 10 à 12 pour expliquer le fonctionnement du dispositif de propulsion formant pompe hélice 3 en marche avant du navire 1 suivant la flèche AV.
La représente le dispositif de propulsion formant pompe hélice 3 à une configuration correspondant à des paramètres de fonctionnement déterminés du navire comprenant notamment sa vitesse d'avancement, sa puissance motrice et sa charge. Dans cette configuration, le rotor hydraulique 8 tourne à une vitesse de rotation correspondante et les volets 20 des deux stators 12 sont angulairement positionnés relativement aux montants 14 dans des conditions ne créant pas de turbulence pendant le fonctionnement du dispositif de propulsion formant pompe hélice 3. Ainsi, l'orientation des volets 20 des deux stators 12 est adaptée de façon que les angles de bord d'attaque et de bord de fuite des pales 10 concordent avec la vitesse d'avancement du navire et la vitesse de rotation de la pompe de sorte que le flux d'eau traversant le corps creux 6 pour exercer l'effort de poussée permettant l'avancement du navire soit optimal sans création de turbulence pendant le fonctionnement du dispositif de propulsion formant pompe hélice 3.
La représente la configuration du dispositif de propulsion formant pompe hélice 3 selon laquelle le navire 1 navigue suivant des paramètres de fonctionnement différents de ceux de la , par exemple avec une charge différente ou dans des conditions de mer exigeant plus de puissance motrice pour une vitesse d'avancement moindre du navire, la vitesse de rotation du rotor hydraulique 8 étant alors variée en conséquence.
Dans ces conditions, la montre que l'équilibre du flux d'eau traversant le corps creux 6 est perturbé du fait que la position des volets 20 relativement aux montants 14 de chaque stator 12 n'est plus adaptée pour faire en sorte que les angles de bord d'attaque et de bord de fuite des pales 10 du rotor hydraulique 8 concordent avec la modification de la vitesse d'avancement du navire et de la vitesse de rotation de ce rotor. En modifiant la position des volets 20 sous la commande des vérins 38, il est possible de redresser le flux d'eau s'écoulant à travers le dispositif de propulsion formant pompe hélice 3 de manière optimale en évitant le phénomène de décrochage sur une plage élargie d'utilisation de ce dispositif. Par l'utilisation de volets réglables de stators situés en amont et en aval par rapport au sens d'écoulement de l'eau, il est possible d'éviter la création de turbulences dans le dispositif de propulsion formant pompe hélice 3 dès que ce dernier fonctionne en dehors de ses conditions nominales. La représente ainsi le redressement optimal du flux d'eau entre le stator en amont, les pales 10 du rotor hydraulique 8 puis le stator aval sans formation de turbulences à l'intérieur du dispositif.
La représente le dispositif de propulsion formant pompe hélice 3 au moment où le sens de rotation des pales 10 du rotor hydraulique 8 suivant la flèche F2 est inversé pour assurer le déplacement en marche arrière du navire 1, ce qui créé aussitôt des turbulences du flux d'eau s'écoulant à travers le corps creux 6. En effet, du fait de l'inversion du sens de rotation du rotor hydraulique 8, les angles de bord d'attaque et de bord de fuite des pales 10 du rotor hydraulique 8 qui sont maintenant inversés, ne sont plus respectés (pour être efficace, l'écoulement d'eau autour des pales 10 doit rester proche des angles de bord de fuite et de bord d'attaque des pales).
La représente la configuration du dispositif de propulsion formant pompe hélice 3 à laquelle le redressement du flux d'eau s'écoulant à travers le corps creux 6 est effectué de façon optimale comme indiqué par les flèches correspondantes. Plus précisément, en orientant par les vérins 38 d'un angle approprié les volets 20 des deux stators 12, il est possible d'éviter que le flux d'eau décroche des stators et des pales 10 du rotor hydraulique 8 et de respecter sur les pales 10 tournant en sens inverse l'écoulement d'eau autour des pales 10 proche des angles de bord d'attaque et de bord de fuite de celles-ci. Ainsi, en faisant varier les angles des volets 20 des deux stators 12, on évite le phénomène de décrochage en marche arrière du navire et la création des turbulences à l'intérieur du dispositif de propulsion formant pompe hélice 3.
Bien entendu, les vérins 38 permettant le pivotement des volets 20 des deux stators 12 sont pilotés par une unité de commande, non représentée, embarquée au navire 1 et qui reçoit les paramètres de fonctionnement du navire pour que les vérins puissent orienter de façon appropriée les volets suivant les conditions de fonctionnement du navire afin d'assurer au dispositif de propulsion formant pompe hélice 3 un rendement optimal.
En réalisant un dispositif de propulsion formant pompe hélice pourvu de deux stators à ailettes orientables disposés de part et d'autre des pales du rotor hydraulique de ce dispositif, on améliore le rendement de ce dispositif non seulement en marche avant du navire, mais également au moment où le rotor hydraulique du dispositif est entraîné dans le sens d'une marche arrière du navire et ce malgré la forme en tuyère du corps creux de ce dispositif.
Le dispositif de propulsion formant pompe hélice de l'invention s'applique en particulier, mais de manière non limitative, aux navires de surface, tels que par exemple des porte-conteneurs, et auxquels les dispositifs de propulsion classiques formant pompe hélice ne possédaient pas un rendement suffisant en marche arrière du navire allant jusqu'à exclure leur utilisation dans une telle condition de marche.
Claims (18)
- Dispositif de propulsion hydraulique formant pompe hélice (3) notamment pour navire (1), comprenant un corps externe creux (6) constituant une conduite ouverte à ses deux extrémités, un rotor hydraulique (8) monté rotatif dans le corps creux (6) autour d'un axe de symétrie (X-X') du corps creux (6) et comportant un moyeu (9) sur lequel sont fixées au moins deux pales en forme d'hélice (10) s'étendant jusqu'à la face périphérique interne (6a) du corps creux (6), le dispositif de propulsion (3) comprenant également deux stators (12) disposés dans le corps creux (6) de part et d'autre du moyeu (9) et des pales (10) du rotor hydraulique (8), chaque stator (12) comprenant au moins deux montants radiaux fixes (14) de support du rotor hydraulique (8) dans le corps creux (6) profilés pour former des ailettes et chaque stator (12) comprenant également au moins deux volets pivotants (20) s’étendant le long de bords radiaux des deux montants radiaux fixes (14), le dispositif étant caractérisé en ce que les volets (20) des deux stators (12) sont disposés en regard des pales (10) et sont des moyens anti-turbulences dans le corps creux (6) pilotés en pivotement par des moyens de commande en fonction du sens d’écoulement du flux hydraulique dans le dispositif de propulsion et lors d’une inversion de ce sens d’écoulement.
- Dispositif de propulsion hydraulique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les volets (20) des stators (12) sont positionnés par rapport aux pales (10) du rotor hydraulique (8) dans une orientation qui assure un écoulement du flux hydraulique efficace à travers le corps creux (6) en fonction de la vitesse de cet écoulement.
- Dispositif de propulsion hydraulique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que
un des stators (12) est dit stator avant (12) et est disposé avant le rotor hydraulique (8) dans le sens de déplacement du flux hydraulique lorsque le flux hydraulique se déplace dans un des sens dit sens avant et est disposé après le rotor hydraulique (8) lorsque le flux hydraulique se déplace dans l’autre des sens dit sens arrière,
un autre des stators (12) est dit stator arrière (12) et est disposé après le rotor hydraulique (8) dans le sens de déplacement du flux hydraulique lorsque le flux hydraulique se déplace dans le sens avant et est disposé avant le rotor hydraulique (8) lorsque le flux hydraulique se déplace dans le sens arrière,
lorsque le flux hydraulique se déplace dans le sens avant, les volets (20) du stator avant (12) sont orientés vers les pales (10) du rotor (8) avec un angle sensiblement égal à l'angle du bord d'attaque desdites pales (10) et, de manière concomitante, les volets (20) du stator arrière (12) sont orientés vers les pales (10) du rotor (8) avec un angle sensiblement égal à l'angle du bord de fuite desdites pales (10), et
lorsque le flux hydraulique se déplace dans le sens arrière, les volets (20) du stator avant (12) sont orientés vers les pales (10) du rotor (8) avec un angle sensiblement égal à l'angle du bord d'attaque de lesdites pales (10) et, de manière concomitante, les volets (20) du stator arrière (12) sont orientés vers les pales (10) du rotor (8) avec un angle sensiblement égal à l'angle du bord de fuite desdites pales (10). - Dispositif de propulsion hydraulique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les volets (20) des stators (12) comportent des charnières d’articulation fixées le long du bord radial du montant radial (14) correspondant dudit stator (12), et en ce que les moyens de commande du pivotement des volets (20) comprennent une couronne (24) coulissant dans une gorge (26) dans un sens antihoraire ou horaire pour faire pivoter simultanément des volets (20) d'un angle identique.
- Dispositif de propulsion hydraulique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la gorge (26, 50, 60) est radiale et disposée à l'extérieur du corps creux (6) et en ce que les moyens de commande comprennent des moyens de transformation (28 ; 52, 54, 56 ; 62) du coulissement de la couronne (24) en un pivotement simultané de volets (20) selon un angle identique.
- Dispositif de propulsion hydraulique selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque pale (10) du rotor hydraulique (8) est en un matériau composite à fibres de carbone.
- Dispositif de propulsion hydraulique selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque pale (10) comporte, intégré dans celle-ci, un matériau viscoélastique (11), tel qu'un matériau élastomère.
- Dispositif de propulsion hydraulique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de commande du pivotement des volets (20) des montants radiaux fixes (14) situés d'un même côté des pales (10) du rotor hydraulique (8) comprennent une couronne (24) pouvant coulisser dans une gorge radialement externe (26) du corps creux (6) et au moins deux organes (28) reliant la couronne (24) respectivement à deux axes (22) de pivotement des volets (20) relativement aux montants radiaux fixes (14) pour transformer le coulissement d'un angle déterminé de la couronne (24) dans la gorge radialement externe (26) en un pivotement simultané des volets (20) d'un angle correspondant.
- Dispositif de propulsion hydraulique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que chaque organe de liaison (28) est une barre franche.
- Dispositif de propulsion hydraulique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les moyens de commande du pivotement des volets (20) des montants radiaux fixes (14) situés d'un même côté des pales (10) du rotor hydraulique (8) comprennent une couronne extérieurement dentée (48) pouvant coulisser dans une gorge radialement externe (50) du corps creux (6) et au moins deux ensembles (52, 54, 56) reliant la couronne extérieurement dentée (48) respectivement à deux axes (22) de pivotement des volets (20) relativement aux montants radiaux fixes (14) pour transformer le coulissement d'un angle déterminé de la couronne extérieurement dentée (48) dans la gorge radialement externe (50) en un pivotement simultané des volets (20) d'un angle correspondant.
- Dispositif de propulsion hydraulique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que chaque ensemble de liaison comprend une roue dentée (52) en engrènement avec la couronne extérieurement dentée (48), une vis sans fin (54) solidaire de la roue dentée (52) et qui est en engrènement avec une autre roue dentée (56) solidaire d'une extrémité de l'axe (22) de pivotement du volet correspondant (20).
- Dispositif de propulsion hydraulique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les moyens de commande du pivotement des volets (20) des montants radiaux fixes (14) situés d'un même côté des pales (10) du rotor hydraulique (8) comprennent une couronne latéralement dentée (58) pouvant coulisser dans une gorge radialement externe (60) du corps creux (6) et au moins deux organes (62) reliant la couronne latéralement dentée (58) respectivement à deux axes (22) de pivotement des volets (20) relativement aux montants radiaux fixes (14) pour transformer le coulissement d'un angle déterminé de la couronne latéralement dentée (58) dans la gorge radialement externe (60) en un pivotement simultané des volets (20) d'un angle correspondant.
- Dispositif de propulsion hydraulique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que chaque organe de liaison comprend une roue dentée (62) en engrènement avec la couronne latéralement dentée (58) et qui est solidaire d'une extrémité de l'axe (22) de pivotement du volet correspondant (20).
- Navire (1), caractérisé en ce qu'il est équipé d'au moins un dispositif de propulsion (3) selon l'une quelconque des revendications précédentes et qui est fixé sous la carène (2) du navire (1) en arrière de ce dernier.
- Navire (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les moyens de commande de pivotement des volets (20) des stators (12) situés de part et d'autre des pales (10) du rotor hydraulique (8) permettent de sélectivement positionner les volets (20) dans un sens assurant le redressement efficace du flux d'eau circulant à travers le corps creux (6) suivant les conditions de vie du navire (1) comprenant sa vitesse de déplacement en marche avant ou arrière, sa charge et/ou sa puissance motrice.
- Navire (1) selon l’une quelconque des revendications 14 ou 15, caractérisé en ce que les moyens de commande du pivotement des volets (20) situés de chaque côté des pales (10) du rotor hydraulique (8) comprennent un vérin hydraulique ou pneumatique (38), dont le cylindre (40) est solidaire de la carène (2) du navire (1) et la tige (44) est solidaire de la couronne (24, 48, 58) pour permettre le coulissement de la couronne (24, 48, 58) dans la gorge radialement externe (26, 50, 60) du corps creux (6) lorsque le vérin (38) est piloté pour modifier la position angulaire des volets (20) relativement aux montants fixes (14) du stator correspondant (12).
- Navire (1) selon l'une quelconque des revendications 14 à 16, caractérisé en ce que le rotor hydraulique (8) est entrainé en rotation par une ligne d'arbre longitudinal (5) du navire (1) accouplée à un moteur de propulsion, tel qu'un moteur thermique ou électrique.
- Navire (1) selon l'une quelconque des revendications 14 à 17, caractérisé en ce que le corps creux (6) du dispositif de propulsion (3) est en forme de tuyère et est fixé sous la carène (2) du navire.
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