WO2016151204A1 - Structure de support sur deux massifs de béton d'au moins un moteur diesel - Google Patents

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WO2016151204A1
WO2016151204A1 PCT/FR2016/000041 FR2016000041W WO2016151204A1 WO 2016151204 A1 WO2016151204 A1 WO 2016151204A1 FR 2016000041 W FR2016000041 W FR 2016000041W WO 2016151204 A1 WO2016151204 A1 WO 2016151204A1
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WO
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cylinder
crankshaft
support structure
structure according
diesel engine
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Application number
PCT/FR2016/000041
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English (en)
Inventor
Benoît MONFRAY
Original Assignee
Monfray Benoît
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Publication date
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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H21/00—Use of propulsion power plant or units on vessels
    • B63H21/30—Mounting of propulsion plant or unit, e.g. for anti-vibration purposes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16M—FRAMES, CASINGS OR BEDS OF ENGINES, MACHINES OR APPARATUS, NOT SPECIFIC TO ENGINES, MACHINES OR APPARATUS PROVIDED FOR ELSEWHERE; STANDS; SUPPORTS
    • F16M1/00—Frames or casings of engines, machines or apparatus; Frames serving as machinery beds
    • F16M1/02—Frames or casings of engines, machines or apparatus; Frames serving as machinery beds for reciprocating engines or similar machines

Definitions

  • the present invention relates to a support structure of at least one diesel engine.
  • Said at least one diesel engine that is a high power engine is used in particular for a container ship, a fixed generator or a similar device.
  • the problem underlying the present invention is to provide a support structure ensuring the support of at least one high power diesel engine safely and at a lower cost than a steel structure with a long life of life with a support capacity that is not alterable over time and resisting the heat released by said at least one diesel engine during operation.
  • a support structure of at least one diesel engine said at least one diesel engine comprising at least one cylinder in which is reciprocably movable back and forth a piston connected to one end by a connecting rod to a crankshaft, characterized in that said at least one diesel engine is disposed in the structure with said at least one cylinder extending horizontally.
  • an upper bushing and a lower bushing the bushing support being connected to the lower bushing by a rod, the upper bushing being rigidly connected to the lower bushing by removable and adjustable fixing means ensuring a predetermined spacing between the two. pads.
  • the cross members solidarisant the first and second massifs between them are concrete, two in number and extend parallel to each other by having ball joints at their ends respectively connected to the first or second solid mass, at least a steel beam solidarisant the two sleepers extending diagonally between the two sleepers.
  • two cylinders are mounted on the second mass, in opposition with respect to this second mass, the two cylinders being fixed to a respective yoke by bolts, the yokes being on the other hand fixed to a steel block by bolts. , the steel block being fixed to the upper part of the second mass.
  • the steel block is connected to the first mass supporting the crankshaft by two beams bolted at their ends.
  • the steel block is welded to a steel beam, this steel beam being fixed to the second mass by tie rods extending in the height of the second mass through this second mass.
  • the two cylinders are surrounded by an eight-point sliding cage on slides fixed on the second bulkhead.
  • the piston of each cylinder has a head external to the cylinder which, at one end of the cage, carries a first articulation with a connecting piece itself carrying a second joint at its other end with the connecting rod connected to the crankshaft carried by the first solid, the reciprocating movement of the piston being transmitted to the connecting rod.
  • the head of each piston is connected to a cage end by a ball joint forming the first joint.
  • the second articulation between the connecting rod and the connecting piece is supported by a rocker suspended on a first fixed axis with pivoting freedom of the rocker relative to this first fixed axis by a third articulation, the rocker being articulated with the rocker arm. link and the connecting rod by the second joint.
  • each piston can be extracted from its associated cylinder by pivoting the balance and the connecting piece relative to at least one of their joints, these pivoting causing the extraction of the piston out of its cylinder.
  • the pivoting of at least the balance or the connecting piece is blocked by a locking device.
  • the cage is suspended from a second fixed axis in its middle portion by a cable.
  • the present invention also relates to a method of manufacturing such a support structure for at least one diesel engine having a crankshaft and at least one cylinder housing a piston reciprocating back and forth inside the cylinder, which method comprises the step of positioning a first concrete mass on a base, the step of positioning the crankshaft of said at least one diesel engine along the
  • FIG. 1 is a schematic representation of a perspective view of a portion of the support structure according to the present invention with a first concrete block intended to support the crankshaft of at least one diesel engine,
  • FIG. 2 is a schematic representation of a sectional side view of the portion of the part complementary to that shown in FIG. 1 of the support structure according to the present invention, this complementary part being in the form of a second solid mass; of concrete supporting the cylinders of at least one diesel engine,
  • FIGS. 3 and 3a are diagrammatic representations respectively of a side view and a top view of an embodiment of the securing means between first and second concrete blocks of the support structure according to the present invention
  • FIG. 4 is a schematic representation of an enlarged view of a portion of FIG. 2 relating to the indirect fixing of cylinder heads on the second concrete block,
  • FIG. 5 is a schematic representation of a side view of a suspended cage housing the rolls for the second concrete block forming part of a support structure according to the present invention, while FIGS. 5a and 5b are sections. AA and BB of Figure 5 at the sliding points of the cage relative to the second concrete block,
  • FIG. 6 is a diagrammatic representation of a sectional view of the cage of FIG. 5 housing a cylinder in its interior according to one embodiment of the present invention
  • FIGS. 7 and 7a show a cylinder and the piston extraction elements inside the cylinder in one embodiment of the present invention. invention, the piston being inside the cylinder in Figure 7 while it is extracted from the cylinder in Figure 7a,
  • FIG. 8 shows an embodiment of the locking device of the extraction elements shown in FIGS. 7 and 7a
  • FIG. 9 shows a piston that can be housed in a cylinder supported by the second concrete block forming part of the support structure according to the present invention, the locking device and the piston being shown enlarged in these figures with respect to Figures 7 and 7a.
  • the present invention refers to a support structure of at least one diesel engine, advantageously but not exclusively a two-stroke diesel engine.
  • the diesel engine comprises at least one cylinder 4 in which a piston 27 connected at one end by a connecting rod 18 to a crankshaft is movable back and forth.
  • said at least one diesel engine is disposed with said at least one cylinder 4 which it comprises extending horizontally.
  • said at least one diesel engine is secured to a first concrete block 1, visible in particular in Figures 1 and 3 for its support in the structure.
  • This first concrete block 1 is prestressed in three directions or has undergone similar treatment, so that it can withstand efforts in these three directions.
  • the first concrete block 1 supports the crankshaft of said at least one diesel engine.
  • the crankshaft of said at least one diesel engine can be supported and surrounded by pads, preferably upper and lower, the lower pad being attachable to the first concrete block 1 by a pad support 2.
  • Such a first concrete block 1 has the advantage of having a greater rigidity to the steel structure commonly used as a support structure. If necessary, it is however possible to provide a flow of water within the massif 1 so that it remains at a uniform temperature.
  • the bearing support 2 which performs the majority of the support work of the crankshaft of said at least one diesel engine in association with the first concrete block 1.
  • the bearing support 2 can be connected to the lower bearing by a rod.
  • the upper pad may be rigidly connected to the lower pad by removable and adjustable attachment means providing a predetermined spacing between the two pads.
  • removable and adjustable fastening means may be in the form of bolts.
  • the two pads interconnected but separated by an adjustable clearance, constitute a set that is elastically plate on the bearing of the crankshaft. This makes it possible to follow the deformations of the crankshaft of said at least one diesel engine and not to transmit them to the bearing support 2.
  • the bearing support 2 may comprise two distinctive parts of support surrounding, preferably laterally and at a distance, the connecting rod 18 associated with said at least one cylinder 4, the connecting rod 18 being visible in FIG. 5 and the cylinder 4 being visible in FIG. .
  • Figure 2 shows the second concrete block 3 supporting at least one cylinder 4 of said at least one diesel engine.
  • Figures 3 and 3a show the securing means of the first concrete block 1 with the second concrete block 3.
  • the support structure of at least one diesel engine said at least one diesel engine comprises at least one cylinder 4 in which is reciprocatingly movable. back and forth a piston 27 connected at one end by a connecting rod 18 to a crankshaft.
  • said at least one diesel engine is disposed in the structure with said at least one cylinder 4 extending horizontally, said at least one diesel engine being, in the vicinity of its crankshaft, as shown in FIG. secured to a first concrete block 1 prestressed in three directions or having undergone similar treatment, the crankshaft being supported and surrounded by at least one pad fixed to the first concrete block 1 by means of a bearing support 2.
  • said at least one cylinder 4 is supported by a second concrete block 3 prestressed in three directions by being fixed to the upper part of the second solid mass 3.
  • the first and second massifs concrete 1, 3 are joined together by cross members 5 extending substantially horizontally and perpendicularly to said first and second masses 1, 3.
  • the cross members 5 solidarisant the first and second massifs 1, 3 between them are two concrete and extend parallel to one another.
  • the crosspieces 5 may have ball joints 6 at their ends respectively connected to the first or second solid 1, 3.
  • At least one steel beam 7 may be provided to secure the two crosspieces 5 extending diagonally between the two crosspieces 5
  • two cylinders 4 can be mounted on the second solid mass 3, in opposition with respect to this second solid mass 3.
  • the two cylinders 4 can be attached to a respective cylinder head 9 by means of bolts, the yokes 9 being on the other hand fixed to a steel block 10 by bolts 11.
  • the steel block 10 can be fixed to the upper part of the second block 3. Its base can be crenellated in correspondence with a crenellated zone carried by the upper part of the second concrete block 3.
  • the steel block 10 is connected to the first concrete block 1 supporting the crankshaft by two beams bolted at their ends.
  • the steel block 10 is welded to a steel beam 12, this steel beam 12 being fixed to the second concrete block 3 by tie rods 13 extending in the height of the second mass 3 and through this second mass 3.
  • At least two cylinders 4 may be surrounded by a sliding cage 14 at eight points 15, 16 on slides fixed on the second concrete block 3.
  • the slides are not illustrated 5a and 5b are sections in perpendicular planes of the points 15, 16 having housings receiving a portion of the slides 17.
  • the cage 14 serves to guide the alignment of the pistons 27 and cylinders 4.
  • the cage 14 slides on the second concrete block 3 and is advantageously suspended to reduce friction between the cage 14 and the slides 17 so that the cage 14 does not rest its full weight against the slides 17.
  • a suspension mode visible in Figure 5, will be detailed later.
  • FIG. 6 there is shown a section of a cage 14 at least partially surrounding a cylinder 4 by a base 14a and two arms 14b extending the base 14a on each of its sides.
  • the base 14a and each of the two arms 14b have a joint at their junction.
  • the piston 27 of each cylinder 4 has a head 27a external to the cylinder 4 which, at one end 28 of the cage 14, carries a first articulation 23 with a connecting piece 22.
  • the connecting piece 22 carries a second joint 19 at its other end which secures it while ensuring freedom of rotation with the connecting rod 18 connected to the crankshaft carried by the first concrete mass. The reciprocating movement of the piston 27 is thus transmitted to the connecting rod 18.
  • the connecting rod 18 is substantially of great length and extends the pistons 27 being secured to the crankshaft carried by the first concrete block.
  • each piston 27 can be connected to an end 28 of cage 14 by a ball joint forming the first articulation 23.
  • the thrust of the pistons 27 in the cylinders 4 is thus strictly axial, which reduces the wear of the segments and cylinders 4, the pistons 27 further advantageously having a simple and lightweight structure.
  • the second articulation 19 between the connecting rod 18 and the connecting piece 22 may be supported by a rocker 20 suspended at its top at a first fixed axis 21 with at least one pivoting freedom of the rocker 20 with respect to this first fixed axis 21 by a third articulation.
  • the rocker 20 can also be articulated together with the connecting piece 22 and the rod 18 by the second articulation 19.
  • the fact that the top of this rocker 20 rotates about a fixed axis 21 in the space greatly reduces the amplitude of the vertical displacement of the end of the connecting rod 18. As shown in particular in FIGS.
  • each piston 27 can be extracted from its associated cylinder 4 by pivoting the balance 20 and the connecting piece 22 with respect to at least one of their articulations 19 or 21, these pivoting movements causing the extraction of the piston 27 out of its cylinder 4.
  • This allows in particular to change the segments after opening of the cylinder heads, such a device for quickly out the pistons 27 outside the cylinders 4.
  • the pivoting of at least the rocker 20 or the connecting piece 22 is blocked by a locking device 31 which is opened during the extraction of the pistons out of the cylinders.
  • the cage 14 is suspended from a second fixed axis 26 in its median portion by a cable 25. This makes it possible to reduce the friction of the cage 14 on the slideways referenced 17 in FIGS. 5a and 5b, the cage 14 being kept in suspension by the cable 25 arranged vertically and whose voltage is constant.
  • the kinetic energy of all the moving parts attached to the rod 18 must exert a maximum force of about 60% of the maximum force exerted by the piston 27.
  • the number of connecting rods 18 is advantageously odd.
  • the present invention relates to a method of manufacturing such a support structure for at least one diesel engine having a crankshaft and at least one cylinder 4 housing a piston 27 reciprocating back and forth inside the cylinder 4.
  • the method comprises the step of positioning a first concrete block 1 on a base, the step of positioning the crankshaft of said at least one a diesel engine along the first concrete mass 1 with temporary support in position of the crankshaft parallel to the first concrete mass 1.
  • the method comprises the step of attaching bearings, on the one hand, to the crankshaft and, on the other hand, to the first concrete block 1 via a bearing support 2. This step is followed by a step of positioning and fixing said at least one cylinder 4 of said at least one diesel engine with respect to a second concrete block 3.
  • the method comprises the step of direct or indirect attachment of the piston 27 of each cylinder 4 with a connecting rod 18 and the step of fixing the connecting rod 18 with the crankshaft 4.
  • This attachment is indirect when it is used a piece of link 22 as shown in Figure 5 but it can be as direct.
  • the first concrete mass 1 and / or the second concrete mass 3 may further comprise means for moving a removable lifting device traveling on its moving means for positioning or maintaining said at least one motor Diesel.
  • the support structure may also include at least one or at least two diesel engines.
  • An alternator can be provided for the or each diesel engine, the crankshaft of the engine or of each diesel engine being connected to the alternator or each alternator. It is possible to use an elastic connection and a gear, the elastic connection being connected, on the one hand, to the crankshaft of the engine or of each motor and, on the other hand, to the gearing.
  • the elastic connection on the crankshaft side has an inertia to minimize the stresses in the crankshaft.
  • the preferred use of a support structure according to the invention is to use a group of four diesel engines, six concrete blocks, four gears and two alternators.
  • a particular application of such a structure or of such a support assembly can be for container carrier engines, generating sets or the like.
  • the service life of the concrete blocks being long, the service life of the diesel engine or engines is extended by regularly replacing the elements of the engine (s) subject to wear or aging. All parts subjected to wear or aging of the motor can be changed regularly, these parts can be for example segments, segment holders, wear plates for bearings and crank pins, pads, etc. Similarly, parts subjected to fatigue are changed regularly, these parts may be valve seats, valves, etc.
  • Another advantage is the reduction of the wear of the cylinders, the stresses in the crankshaft and in the gear that connects the diesel engine to the alternator.
  • plates cooled with an organic liquid with a temperature of 400 ° C. can be added, the plates being thermally insulated from the structure that supports them, the latter remaining at a much lower temperature.
  • the maximum efficiency of the two-stroke diesel engine used on the container ships being 52%, with the reduction of the mechanical losses and losses at the walls and by choosing the parameters to obtain the maximum yield at the nominal power, a yield of 55% at rated power with these Diesel engines on prestressed concrete beds. Combining diesel engines producing electric power with a district heating system achieves a total energy efficiency of more than 95%.
  • This type of diesel engine can be used in large ships. In this case, it is necessary to replace the prestressed concrete blocks by or include in the support structures of the steel elements that rest on the hull of the ship and reduce congestion. Under these conditions, most of the advantages of diesel engines on concrete are retained.

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Abstract

Structure de support d'au moins un moteur Diesel comprenant au moins un cylindre (4) dans lequel est mobile en mouvement de va et vient un piston (27) relié à une extrémité par une bielle à un vilebrequin. Ledit au moins un moteur est disposé dans la structure avec ledit au moins un cylindre s'étendant horizontalement, ledit au moins un moteur étant, au voisinage du vilebrequin, solidarisé avec un premier massif de béton (1) en étant soutenu et entouré par au moins un coussinet fixé au massif de béton par l'intermédiaire d'un support de coussinet (2), tandis que ledit au moins un cylindre est supporté par un deuxième massif de béton (3) en étant fixé à sa partie supérieure, les premier et deuxième massifs de béton étant solidarisés entre eux par des traverses (5) s'étendant sensiblement horizontalement et perpendiculairement audit auxdits premier et deuxième massifs.

Description

" Structure de support sur deux massifs de béton d'au moins un moteur
Diesel "
La présente invention porte sur une structure de support d'au moins un moteur Diesel. Ledit au moins un moteur Diesel qui est un moteur de forte puissance est notamment utilisé pour un porte-conteneurs, un groupe électrogène fixe ou un dispositif analogue.
Pour un ou des moteurs de très forte puissance comme ceux que l'on utilise dans les très grands porte-conteneurs ou dispositifs analogues, de même que pour les groupes électrogènes puissants et non transportables, les efforts transmis à leur structure de support sont considérables. Afin que la structure de support d'au moins un tel moteur puisse résister sous de tels efforts, cette structure est faite généralement en acier, ce qui implique un coût élevé. Le problème à la base de la présente invention est de fournir une structure de support garantissant le support d'au moins un moteur Diesel de forte puissance de manière sûre et à un coût moins élevé qu'une structure en acier en présentant une longue durée de vie avec une capacité de support qui ne soit pas altérable dans le temps et en résistant à la chaleur que dégage ledit au moins un moteur Diesel pendant son fonctionnement.
A cet effet, on prévoit selon l'invention une structure de support d'au moins un moteur Diesel, ledit au moins un moteur Diesel comprenant au moins un cylindre dans lequel est mobile en mouvement alternatif de va et vient un piston relié à une extrémité par une bielle à un vilebrequin, caractérisé en ce que ledit au moins un moteur Diesel est disposé dans la structure avec ledit au moins-un-cylindre-s-étendant horizontalement.Jedi^
étant, dans le voisinage de son vilebrequin, solidarisé avec un premier massif de béton précontraint dans trois directions ou ayant subi un traitement analogue, le vilebrequin étant soutenu et entouré par au moins un coussinet fixé au premier massif de béton par l'intermédiaire d'un support de coussinet, tandis que ledit au moins un cylindre est supporté par un deuxième massif de béton précontraint dans trois directions en étant fixé à la partie supérieure du deuxième massif, les premier et deuxième massifs de béton étant solidarisés entre eux par des traverses s'étendant sensiblement horizontalement et perpendiculairement auxdits premier et deuxième massifs. Avantageusement, il est prévu un coussinet supérieur et un coussinet inférieur, le support de coussinet étant relié au coussinet inférieur par une tige, le coussinet supérieur étant relié rigidement au coussinet inférieur par des moyens de fixation amovibles et réglables assurant un espacement prédéterminé entre les deux coussinets. Avantageusement, les traverses solidarisant les premier et deuxième massifs entre eux sont en béton, au nombre de deux et s'étendent parallèlement l'une à l'autre en présentant des rotules à leurs extrémités respectivement reliées au premier ou au deuxième massif, au moins une poutre en acier solidarisant les deux traverses en s'étendant en diagonale entre les deux traverses.
Avantageusement, deux cylindres sont montés sur le deuxième massif, en opposition par rapport à ce deuxième massif, les deux cylindres étant fixés à une culasse respective par des boulons, les culasses étant d'autre part fixées à un bloc d'acier par des boulons, le bloc d'acier étant fixé à la partie supérieure du deuxième massif.
Avantageusement, le bloc d'acier est relié au premier massif supportant le vilebrequin par deux poutres boulonnées à leurs extrémités.
Avantageusement, le bloc d'acier est soudé sur une poutre d'acier, cette poutre d'acier étant fixée au deuxième massif par des tirants s'étendant dans la hauteur du deuxième massif à travers ce deuxième massif.
Avantageusement, les deux cylindres sont entourés d'une cage coulissant en huit points sur des glissières fixées sur le deuxième massif.
Avantageusement, le piston de chaque cylindre présente une tête extérieure au cylindre qui, à une extrémité de la cage, porte une première articulation avec une pièce de liaison elle-même portant une deuxième articulation à son autre extrémité avec la bielle reliée au vilebrequin porté par le premier massif, le mouvement alternatif du piston étant transmis à la bielle.
Avantageusement, la tête de chaque piston est reliée à une extrémité de cage par une rotule formant la première articulation.
Avantageusement, la deuxième articulation entre la bielle et la pièce de liaison est supportée par un balancier suspendu à un premier axe fixe avec liberté de pivotement du balancier par rapport à ce premier axe fixe par une troisième articulation, le balancier étant articulé avec la pièce de liaison et la bielle par la deuxième articulation.
Avantageusement, chaque piston peut être extrait de son cylindre associé par pivotement du balancier et de la pièce de liaison par rapport à au moins une de leurs articulations, ces pivotements provoquant l'extraction du piston hors de son cylindre. Avantageusement, le pivotement d'au moins le balancier ou de la pièce de liaison est bloqué par un dispositif de verrouillage.
Avantageusement, la cage est suspendue à un second axe fixe dans sa portion médiane par un câble.
La présente invention concerne aussi un procédé de fabrication d'une telle structure de support pour au moins un moteur Diesel présentant un vilebrequin et au moins un cylindre logeant un piston en mouvement alternatif de va et vient à l'intérieur du cylindre, lequel procédé comprend l'étape de positionnement d'un premier massif de béton sur une base, l'étape de positionnement du vilebrequin dudit au moins un moteur Diesel le long du
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parallèle au premier massif de béton, l'étape de fixation de coussinets, d'une part, sur le vilebrequin et, d'autre part, sur le premier massif de béton par l'intermédiaire d'un support de coussinet, l'étape de positionnement et de fixation dudit au moins un cylindre dudit au moins un moteur Diesel sur un deuxième massif de béton, l'étape de fixation directe ou indirecte du piston de chaque cylindre avec une bielle et l'étape de fixation de la bielle avec le vilebrequin.
D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre et au regard des dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels :
- la figure 1 est une représentation schématique d'une vue en perspective d'une partie de la structure de support selon la présente invention avec un premier massif de béton destiné à supporter le vilebrequin d'au moins un moteur Diesel,
- la figure 2 est une représentation schématique d'une vue latérale en coupe de la portion de la partie complémentaire de celle montrée à la figure 1 de la structure de support selon la présente invention, cette partie complémentaire étant sous forme d'un deuxième massif de béton supportant les cylindres d'au moins un moteur Diesel,
- les figures 3 et 3a sont des représentations schématiques respectivement d'une vue latérale et d'une vue de dessus d'une forme de réalisation des moyens de solidarisation entre premier et deuxième massifs de béton de la structure de support selon la présente invention,
- la figure 4 est une représentation schématique d'une vue agrandie d'une portion de la figure 2 relative à la fixation indirecte des culasses des cylindres sur le deuxième massif de béton,
- la figure 5 est une représentation schématique d'une vue latérale d'une cage suspendue logeant les cylindres pour le deuxième massif de béton faisant partie d'une structure de support selon la présente invention, tandis que les figures 5a et 5b sont des coupes A-A et B-B de la figure 5 au niveau des points de glissement de la cage par rapport au deuxième massif de béton,
- la figure 6 est une représentation schématique d'une vue de coupe de la cage de la figure 5 logeant en son intérieur un cylindre selon une forme de réalisation de la présente invention,
- les figures 7 et 7a montrent un cylindre et les éléments d'extraction du piston à l'intérieur du cylindre dans une forme de réalisation de la présente invention, le piston étant à l'intérieur du cylindre à la figure 7 tandis qu'il est extrait du cylindre à la figure 7a,
- la figure 8 montre une forme de réalisation du dispositif de verrouillage des éléments d'extraction montrés aux figures 7 et 7a, tandis que la figure 9 montre un piston pouvant être logé dans un cylindre supporté par le deuxième massif de béton faisant partie de la structure de support selon la présente invention, le dispositif de verrouillage et le piston étant montrés agrandis à ces figures par rapport aux figures 7 et 7a. II est à garder à l'esprit que les figures sont données à titre d'exemples et ne sont pas limitatives de l'invention. Elles constituent des représentations schématiques de principe destinées à faciliter la compréhension de l'invention et ne sont pas nécessairement à l'échelle des applications pratiques. En particulier les dimensions des différents éléments illustrés ne sont pas représentatives de la réalité.
En se référant aux figures, la présente invention se réfère à une structure de support d'au moins un moteur Diesel, avantageusement mais pas exclusivement un moteur Diesel deux temps. De manière classique, le moteur Diesel comprend au moins un cylindre 4 dans lequel est mobile en mouvement de va et vient un piston 27 relié à une extrémité par une bielle 18 à un vilebrequin.
Dans cette structure de support, ledit au moins un moteur Diesel est disposé avec ledit au moins un cylindre 4 qu'il comprend s'étendant horizontalement. Au voisinage de son vilebrequin, ledit au moins un moteur Diesel est solidarisé avec un premier massif de béton 1 , visible notamment aux figures 1 et 3 pour son support dans la structure. Ce premier massif de béton 1 est précontraint dans trois directions ou a subi un traitement analogue, de sorte qu'il puisse résister à des efforts dans ces trois directions.
Le premier massif de béton 1 supporte le vilebrequin dudit au moins un moteur Diesel. Dans la structure de support, sur le premier massif de béton 1 , le vilebrequin dudit au moins un moteur Diesel peut être soutenu et entouré par des coussinets, avantageusement supérieur et inférieur, le coussinet inférieur pouvant être fixé au premier massif de béton 1 par un support de coussinet 2.
Un tel premier massif de béton 1 présente l'avantage d'avoir une rigidité supérieure à la structure d'acier couramment utilisé comme structure de support. Le cas échéant, il est cependant possible de prévoir une circulation d'eau à l'intérieur du massif 1 afin que celui-ci reste à une température homogène.
C'est donc le support de coussinet 2 qui effectue la majeure partie du travail de support du vilebrequin dudit au moins un moteur Diesel en association avec le premier massif de béton 1. Pour le support du vilebrequin dudit au moins un moteur Diesel, dans une forme préférentielle de réalisation de l'invention, le support de coussinet 2 peut être relié au coussinet inférieur par une tige. Le coussinet supérieur peut être relié rigidement au coussinet inférieur par des moyens de fixation amovibles et réglables assurant un espacement prédéterminé entre les deux coussinets. Ces moyens de fixation amovibles et réglables peuvent être sous forme de boulons.
Les deux coussinets, reliés entre eux mais séparés par un jeu réglable, constituent un ensemble qui se plaque élastiquement sur le palier du vilebrequin. Cela permet de suivre les déformations du vilebrequin dudit au moins un moteur Diesel et de ne pas les transmettre au support de coussinet 2.
Le support de coussinet 2 peut comporter deux parties distinctives de support entourant, préférentiellement latéralement et à distance, la bielle 18 associée audit au moins un cylindre 4, la bielle 18 étant visible à la figure 5 et le cylindre 4 étant visible à la figure 2.
La figure 2 montre le deuxième massif de béton 3 supportant au moins un cylindre 4 dudit au moins un moteur Diesel. Les figures 3 et 3a montrent les moyens de solidarisation du premier massif de béton 1 avec le deuxième massif de béton 3. En se référant notamment aux figures 1 à 3, 3a ainsi qu'à la figure 7, la structure de support d'au moins un moteur Diesel, ledit au moins un moteur Diesel comprend au moins un cylindre 4 dans lequel est mobile en mouvement alternatif de va et vient un piston 27 relié à une extrémité par une bielle 18 à un vilebrequin.
Selon l'invention, ledit au moins un moteur Diesel est disposé dans la structure avec ledit au moins un cylindre 4 s'étendant horizontalement, ledit au moins un moteur Diesel étant, dans le voisinage de son vilebrequin, comme montré à la figure 1 , solidarisé avec un premier massif de béton 1 précontraint dans trois directions ou ayant subi un traitement analogue, le vilebrequin étant soutenu et entouré par au moins un coussinet fixé au premier massif de béton 1 par l'intermédiaire d'un support de coussinet 2.
Comme montré à la figure 2, ledit au moins un cylindre 4 est supporté par un deuxième massif de béton 3 précontraint dans trois directions en étant fixé à la partie supérieure du deuxième massif 3. Comme montré à la figure 3, les premier et deuxième massifs de béton 1 , 3 sont solidarisés entre eux par des traverses 5 s'étendant sensiblement horizontalement et perpendiculairement auxdits premier et deuxième massifs 1 , 3.
Comme aussi montré aux figures 3 et 3a, les traverses 5 solidarisant les premier et deuxième massifs 1 , 3 entre eux sont en béton, au nombre de deux et s'étendent parallèlement l'une à l'autre. Les traverses 5 peuvent présenter des rotules 6 à leurs extrémités respectivement reliées au premier ou au deuxième massif 1 , 3. Au moins une poutre en acier 7 peut être prévue pour solidariser les deux traverses 5 en s'étendant en diagonale entre les deux traverses 5. Dans le mode de réalisation non limitatif montré à la figure 2, deux cylindres 4 peuvent être montés sur le deuxième massif 3, en opposition par rapport à ce deuxième massif 3. Les deux cylindres 4 peuvent être fixés à une culasse 9 respective par des boulons, les culasses 9 étant d'autre part fixées à un bloc d'acier 10 par des boulons 11. Le bloc d'acier 10 peut être fixé à la partie supérieure du deuxième massif 3. Sa base peut être crénelé en correspondance avec une zone crénelée portée par la partie supérieure du deuxième massif de béton 3.
Dans un premier mode de réalisation non montré aux figures, le bloc d'acier 10 est relié au premier massif de béton 1 supportant le vilebrequin par deux poutres boulonnées à leurs extrémités.
Pour éviter le flambage de ces poutres, elles doivent être guidées en plusieurs points. Dans ce mode de réalisation, on peut alléger fortement le deuxième massif de béton 3 qui supporte les cylindres 4 et des glissières qui vont être ultérieurement décrites tout en maintenant leur parallélisme. Il est alors obligatoire d'utiliser deux moteurs Diesel, les deux moteurs Diesel tournant en opposition pour réduire les efforts sur le deuxième massif 3.
Dans un deuxième mode de réalisation, montré notamment aux figures 2 et 4, le bloc d'acier 10 est soudé sur une poutre d'acier 12, cette poutre d'acier 12 étant fixée au deuxième massif de béton 3 par des tirants 13 s'étendant dans la hauteur du deuxième massif 3 et à travers ce deuxième massif 3.
Comme il est particulièrement bien visible aux figures 5 et 6, au moins deux cylindres 4 peuvent être entourés d'une cage 14 coulissant en huit points 15, 16 sur des glissières fixées sur le deuxième massif de béton 3. Les glissières ne sont pas illustrées aux figures 5 et 6 mais le sont aux figures 5a et 5b en étant référencées 17. Les figures 5a et 5b sont des coupes dans des plans perpendiculaires des points 15, 16 présentant des logements recevant une portion des glissières 17. En se référant à toutes les figures, la cage 14 sert à guider l'alignement des pistons 27 et des cylindres 4. La cage 14 glisse sur le deuxième massif de béton 3 et est avantageusement suspendue pour diminuer les frottements entre la cage 14 et les glissières 17 afin que la cage 14 ne repose pas de tout son poids contre les glissières 17. Un mode de suspension, visible à la figure 5, sera détaillé ultérieurement. A la figure 6, il est montré une coupe d'une cage 14 entourant au moins partiellement un cylindre 4 par une base 14a et deux bras 14b prolongeant la base 14a sur chacun de ses côtés. La base 14a et chacun des deux bras 14b présentent une articulation à leur jonction. En se référant notamment aux figures 2, 5, 7, 7a, 8 et 9, dans un mode de réalisation de l'invention, le piston 27 de chaque cylindre 4 présente une tête 27a extérieure au cylindre 4 qui, à une extrémité 28 de la cage 14, porte une première articulation 23 avec une pièce de liaison 22. La pièce de liaison 22 porte une deuxième articulation 19 à son autre extrémité qui la solidarise tout en assurant une liberté de rotation avec la bielle 18 reliée au vilebrequin porté par le premier massif de béton. Le mouvement alternatif du piston 27 est ainsi transmis à la bielle 18.
La bielle 18 est sensiblement de grande longueur et prolonge les pistons 27 en étant solidarisée avec le vilebrequin porté par le premier massif de béton.
En se référant notamment aux figures 2, 5, 7 et 7a prises en combinaison, la tête 27a de chaque piston 27 peut être reliée à une extrémité 28 de cage 14 par une rotule formant la première articulation 23. La poussée des pistons 27 dans les cylindres 4 est ainsi strictement axiale, ce qui réduit l'usure des segments et des cylindres 4, les pistons 27 présentant en outre avantageusement une structure simple et légère.
La deuxième articulation 19 entre la bielle 18 et la pièce de liaison 22 peut être supportée par un balancier 20 suspendu à son sommet à un premier axe fixe 21 avec au moins une liberté de pivotement du balancier 20 par rapport à ce premier axe fixe 21 par une troisième articulation. Le balancier 20 peut être aussi articulé conjointement à la pièce de liaison 22 et à la bielle 18 par la deuxième articulation 19. Le fait que le sommet de ce balancier 20 tourne autour d'un axe fixe 21 dans l'espace réduit fortement l'amplitude du déplacement vertical de l'extrémité de la bielle 18. Comme montré notamment aux figures 5, 7 et 7a, chaque piston 27 peut être extrait de son cylindre 4 associé par pivotement du balancier 20 et de la pièce de liaison 22 par rapport à au moins une de leurs articulations 19 ou 21 , ces pivotements provoquant l'extraction du piston 27 hors de son cylindre 4. Ceci permet notamment de changer les segments après ouverture des culasses, un tel dispositif permettant de sortir rapidement les pistons 27 en dehors des cylindres 4.
Schématiquement, à la figure 7, le piston 27 est en position de travail et, à la figure 7a, le piston 27 est en dehors du cylindre 4. Afin de passer d'une position à l'autre, il convient de soulever le balancier 20 en le faisant pivoter autour de l'axe 21 après avoir ouvert un dispositif de verrouillage.
Comme montré en agrandi à la figure 8, le pivotement d'au moins le balancier 20 ou de la pièce de liaison 22 est bloqué par un dispositif de verrouillage 31 que l'on ouvre lors de l'extraction des pistons hors des cylindres. Comme montré notamment à la figure 5, la cage 14 est suspendue à un second axe fixe 26 dans sa portion médiane par un câble 25. Ceci permet de réduire les frottements de la cage 14 sur les glissières référencées 17 aux figures 5a et 5b, la cage 14 étant maintenue en suspension par le câble 25 disposé verticalement et dont la tension est constante. En se référant à toutes les figures, l'énergie cinétique de l'ensemble des pièces en mouvement rattachées à la bielle 18 doit exercer un effort maximum d'environ 60% de l'effort maximum exercé par le piston 27. Le nombre de bielles 18 est avantageusement impair.
En se référant toujours à toutes les figures, la présente invention concerne un procédé de fabrication d'une telle structure de support pour au moins un moteur Diesel présentant un vilebrequin et au moins un cylindre 4 logeant un piston 27 en mouvement alternatif de va et vient à l'intérieur du cylindre 4.
Le procédé comprend l'étape de positionnement d'un premier massif de béton 1 sur une base, l'étape de positionnement du vilebrequin dudit au moins un moteur Diesel le long du premier massif de béton 1 avec maintien temporaire en position du vilebrequin parallèle au premier massif de béton 1.
Ensuite, le procédé comprend l'étape de fixation de coussinets, d'une part, sur le vilebrequin et, d'autre part, sur le premier massif de béton 1 par l'intermédiaire d'un support de coussinet 2. Cette étape est suivie d'une étape de positionnement et de fixation dudit au moins un cylindre 4 dudit au moins un moteur Diesel par rapport à un deuxième massif de béton 3.
Enfin, le procédé comprend l'étape de fixation directe ou indirecte du piston 27 de chaque cylindre 4 avec une bielle 18 et l'étape de fixation de la bielle 18 avec le vilebrequin 4. Cette fixation est indirecte quand il est utilisé une pièce de liaison 22 comme montré à la figure 5 mais elle peut être aussi directe.
Le premier massif de béton 1 et/ou le deuxième massif de béton 3 peuvent en outre comprendre des moyens de déplacement d'un engin de levage amovible circulant sur ses moyens de déplacement pour la mise en position ou l'entretien dudit au moins un moteur Diesel.
La structure de support peut aussi comporter au moins un ou au moins deux moteurs Diesel. Il peut être prévu un alternateur pour le ou chaque moteur Diesel, le vilebrequin du moteur ou de chaque moteur Diesel étant relié à l'alternateur ou chaque alternateur. II peut être utilisé une liaison élastique et un engrenage, la liaison élastique étant reliée, d'une part, au vilebrequin du moteur ou de chaque moteur et, d'autre part, à l'engrenage. La liaison élastique côté vilebrequin présente une inertie pour réduire au maximum les contraintes dans le vilebrequin. l^l ïo lë^'ûtilisation préféré d'une structure-de support-selon l'invention- est d'utiliser un groupe de quatre moteurs Diesel, de six massifs de béton, de quatre engrenages et de deux alternateurs.
Une application toute particulière d'une telle structure ou d'un tel ensemble de support peut être pour des motorisations de porte-conteneurs, groupes électrogènes ou dispositifs analogues. La durée de vie des massifs de béton étant longue, la durée de vie du ou des moteurs Diesel est allongée en remplaçant régulièrement les éléments du ou des moteurs soumis à usure ou vieillissement. Toutes les pièces soumises à usure ou vieillissement du moteur peuvent être changées régulièrement, ces pièces pouvant être par exemple des segments, des porte-segments, des plaques d'usure pour paliers et manetons, des coussinets, etc. De même, les pièces soumises à fatigue sont changées régulièrement, ces pièces pouvant être des sièges de soupape, des soupapes, etc.
Par exemple, si la durée raisonnable d'usure et de fatigue d'un moteur Diesel est de 8.000 heures, et pour un usage de 1 .000 heures par an, il faut changer les éléments tous les huit ans, ce qui représente une maintenance réduite, l'investissement de départ étant conservé. Un des principaux avantages de ce type de structure support avec au moins un moteur Diesel est la forte réduction de la longueur du vilebrequin, des pressions exercées sur les manetons du vilebrequin et encore des réductions plus fortes pour les pressions sur les paliers du vilebrequin. D'autre part, le poids d'acier utilisé est réduit de même que l'usinage des massifs et le coût de construction de la structure de support.
Un autre avantage est la réduction de l'usure des cylindres, des contraintes dans le vilebrequin et dans l'engrenage qui relie le moteur Diesel à l'alternateur.
Avec un changement facile et fréquent des segments de section réduite dans les moteurs Diesel, on peut accroître la vitesse de rotation des moteurs Diesel. En règle générale, toutes les pièces soumises à usure ou vieillissement du moteur peuvent être changées régulièrement. Ces pièces peuvent être des segments, des porte-segments, des plaques d'usure pour paliers et manetons, des coussinets. De même les pièces soumises à fatigue sont changées régulièrement, ces pièces pouvant être des sièges de soupape, des soupapes. Les cylindres peuvent recevoir un dépôt de métal suivi d'un usinage.
Pour réduire les pertes thermiques aux parois des cylindres, sur le sommet des pistons et le haut des cylindres dans la zone non lubrifiée, on peut ajouter des plaques refroidies avec du liquide organique supportant une température de 400°C, les plaques étant isolées thermiquement de la structure qui leur supporte, celle-ci restant à une température beaucoup plus basse.
Le rendement maximum du moteur Diesel deux temps utilisé sur les porte-conteneurs étant de 52%, avec la réduction des pertes mécaniques et des pertes aux parois et en choisissant les paramètres pour obtenir le rendement maximum à la puissance nominale, on obtient un rendement de 55% à la puissance nominale avec ces moteurs Diesel sur massifs de béton précontraint. Si on associe aux moteurs Diesel produisant de l'énergie électrique à un réseau de chauffage urbain, on atteint un rendement énergétique de l'ensemble de plus de 95%.
On peut utiliser ce type de moteur Diesel dans les navires de fort tonnage. Dans ce cas, il faut pour cela remplacer dans les massifs de béton précontraint par ou inclure dans les structures de support des éléments en acier qui prennent appui sur la coque du navire et réduire l'encombrement. Dans ces conditions, on conserve la plupart des avantages du moteur Diesel sur béton.
L'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et illustrés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemples.

Claims

REVENDICATIONS
1. Structure de support d'au moins un moteur Diesel, ledit au moins un moteur Diesel comprenant au moins un cylindre (4) dans lequel est mobile en mouvement alternatif de va et vient un piston (27) relié à une extrémité par une bielle (18) à un vilebrequin, caractérisé en ce que ledit au moins un moteur Diesel est disposé dans la structure avec ledit au moins un cylindre (4) s'étendant horizontalement, ledit au moins un moteur Diesel étant, dans le voisinage de son vilebrequin, solidarisé avec un premier massif de béton (1) précontraint dans trois directions ou ayant subi un traitement analogue, le vilebrequin étant soutenu et entouré par au moins un coussinet fixé au premier massif de béton (1) par l'intermédiaire d'un support de coussinet (2), tandis que ledit au moins un cylindre (4) est supporté par un deuxième massif de béton (3) précontraint dans trois directions en étant fixé à la partie supérieure du deuxième massif (3), les premier et deuxième massifs de béton (1 , 3) étant solidarisés entre eux par des traverses (5) s'étendant sensiblement horizontalement et perpendiculairement auxdits premier et deuxième massifs (1 , 3).
2. Structure de support selon la revendication précédente, dans laquelle il est prévu un coussinet supérieur et un coussinet inférieur, le support de coussinet (2) étant relié au coussinet inférieur par une tige, le coussinet supérieur étant relié rigidement au coussinet inférieur par des moyens de fixation amovibles et réglables assurant un espacement prédéterminé entre les deux coussinets.
3. Structure de support selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les traverses (5) solidarisant les premier et deuxième massifs (1 , 3) entre eux sont en béton, au nombre de deux et s'étendent parallèlement l'une à l'autre en présentant des rotules (6) à leurs extrémités respectivement reliées au premier ou au deuxième massif (1 , 3), au moins une poutre en acier (7) solidarisant les deux traverses (5) en s'étendant en diagonale entre les deux traverses (5).
Structure de support selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle deux cylindres (4) sont montés sur le deuxième massif (3), en opposition par rapport à ce deuxième massif (3), les deux cylindres (4) étant fixés à une culasse (9) respective par des boulons, les culasses (9) étant d'autre part fixées à un bloc d'acier (10) par des boulons (11), le bloc d'acier (10) étant fixé à la partie supérieure du deuxième massif (3).
Structure de support selon la revendication 4, dans laquelle le bloc d'acier (10) est relié au premier massif (1) supportant le vilebrequin par deux poutres boulonnées à leurs extrémités.
Structure de support selon la revendication 4, dans laquelle le bloc d'acier (10) est soudé sur une poutre d'acier (12), cette poutre d'acier (12) étant fixée au deuxième massif (3) par des tirants (13) s'étendant dans la hauteur du deuxième massif (3) à travers ce deuxième massif (3).
Structure de support selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, dans laquelle les deux cylindres (4) sont entourés d'une cage (14) coulissant en huit points (15, 16) sur des glissières (17) fixées sur le deuxième massif (3).
Structure de support selon la revendication précédente, dans laquelle le piston (27) de chaque cylindre (4) présente une tête (27a) extérieure au cylindre (4) qui, à une extrémité (28) de la cage (14), porte une première articulation (23) avec une pièce de liaison (22) elle-même portant une deuxième articulation (19) à son autre extrémité avec la bielle (18) reliée au vilebrequin porté par le premier massif (1), le mouvement alternatif du piston (27) étant transmis à la bielle (18).
9. Structure de support selon la revendication précédente, dans laquelle la tête (27a) de chaque piston (27) est reliée à une extrémité (28) de cage (14) par une rotule formant la première articulation (23).
10. Structure de support selon l'une quelconque des deux revendications précédentes, dans laquelle la deuxième articulation (19) entre la bielle (18) et la pièce de liaison (22) est supportée par un balancier (20) suspendu à un premier axe fixe (21) avec liberté de pivotement du balancier (20) par rapport à ce premier axe fixe (21 ) par une troisième articulation, le balancier (20) étant articulé avec la pièce de liaison (22) et la bielle (18) par la deuxième articulation (19).
1 1. Structure de support selon la revendication précédente, dans laquelle chaque piston (27) peut être extrait de son cylindre (4) associé par pivotement du balancier (20) et de la pièce de liaison (22) par rapport à au moins une de leurs articulations (19), ces pivotements provoquant l'extraction du piston (27) hors de son cylindre (4).
12. Structure de support selon la revendication précédente, dans laquelle le pivotement d'au moins le balancier (20) ou de la pièce de liaison (22) est bloqué par un dispositif de verrouillage (31).
13. Structure de support selon l'une quelconque des revendications 10 à 12, dans laquelle la cage (14) est suspendue à un second axe fixe (26) dans sa portion médiane par un câble (25).
14. Procédé de fabrication d'une structure de support selon l'une quelconque des revendications 1 à 13 pour au moins un moteur Diesel présentant un vilebrequin et au moins un cylindre (4) logeant un piston (27) en mouvement alternatif de va et vient à l'intérieur du cylindre (4), lequel procédé comprend l'étape de positionnement d'un premier massif de béton (1 ) sur une base, l'étape de positionnement du vilebrequin dudit au moins un moteur Diesel le long du premier massif de béton (1) avec maintien temporaire en position du vilebrequin parallèle au premier massif de béton (1 ), l'étape de fixation de coussinets, d'une part, sur le vilebrequin et, d'autre part, sur le premier massif de béton (1 ) par l'intermédiaire d'un support de coussinet (2), l'étape de positionnement et de fixation dudit au moins un cylindre (4) dudit au moins un moteur Diesel sur un deuxième massif de béton (3), l'étape de fixation directe ou indirecte du piston (27) de chaque cylindre (4) avec une bielle (18) et l'étape de fixation de la bielle (18) avec le vilebrequin (4).
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FR3059078A1 (fr) * 2016-11-18 2018-05-25 Benoit Monfray Structure de support avec un unique massif de beton d'au moins un moteur diesel deux temps

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